DOI: 10.1016/j.cej.2022.140902

设计多孔结构是显著提高碳材料储钾性能的一种有前途的方法。在这项工作中，研究者通过静电纺丝设计了自支撑多孔碳纤维（PCF），用于高性能钾离子存储。向电纺丝前体中引入Zn，在热处理过程中蒸发掉Zn，得到PCF。经弯曲和折叠后，自支撑PCF仍具有优异的柔性。作为钾离子电池（KIB）的自支撑负极，PCF具有增强的钾离子存储性能，在50mA/g下循环80次后的可逆比容量为256mAh/g。即使在1A/g的电流密度下，所得PCF在KIBs中经3300次循环后的可逆比容量仍保持在149mAh/g。根据密度泛函理论计算和有限元分析，对于多孔结构PCF而言，在完全钾化状态下K离子也可以插入碳层中。此外，由于K离子的强吸附特性，多孔碳纤维的孔缺陷中也可以容纳K簇。总体而言，K插层和K簇的共同作用有助于提高多孔碳纤维的K离子存储性能。

图1.（a）PCF合成示意图；（b）CF和（c）PCF的SEM图像；（d）CF和（e）PCF的TEM图像；（f）CF和（g）PCF的高分辨率TEM图像。

图2.（a）CF和PCF的XRD，（b）拉曼，（c）氮气吸附-解吸等温线，（d）相应的孔径分布；（e,f）CF和PCF的高分辨率C1s和N1s XPS光谱。

图3.（a）CF和PCF电极的CV曲线，（b）GCD曲线，（c）循环性能，（d）倍率性能，以及（e）长期循环性能。

图4.（a）纯碳和（b）多孔碳的K离子吸附模型；（c）纯碳和（d）多孔碳吸附K离子后的电荷密度差；根据FEA，（e）纯碳和（f）多孔碳在不同时间的K离子浓度分布。

图5.（a）CF和（b）PCF在50次循环后存储K离子的SEM图像；（c）CF和（d）PCF的K离子存储机制示意图。

图6.（a）不同扫描速率下PCF的CV曲线，（b）PCF的log（i）-log（v）关系曲线，（c）PCF在1mV/s下的电容贡献面积，以及（d）不同扫描速率下PCF的电容贡献率。