氮硫共掺杂多孔碳负极

超高杂原子掺杂

从可再生木质素前驱体出发，通过超分子介导热解实现缺陷丰富、动力学优异的无定形碳负极。

Zhao, Lei · 孙世荣 · Jinxin, Lin · Zhong, Lei · 陈理恒 · Guo, Jing · Yin, Jian · Alshareef, Husam N. · 邱学青 · 张文礼

Nano-Micro Letters 2023

具体参数

氮掺杂量

{'zh': '21.6', 'en': '21.6'} at%

硫掺杂量

{'zh': '0.8', 'en': '0.8'} at%

可逆容量

{'zh': '419', 'en': '419'} mAh g⁻¹

循环容量保持率

{'zh': '96.6', 'en': '96.6'} %

混合电容器能量密度

{'zh': '71', 'en': '71'} Wh kg⁻¹

混合电容器循环容量保持率

{'zh': '91', 'en': '91'} %

技术优势

掺杂量业界领先

利用超分子介导热解，将氮掺杂量做到21.6 at%，远超一般木质素碳材料的掺杂上限，为K⁺提供了大量缺陷吸附位，直接推高了可逆容量。

大电流下几乎不衰减

在1 A g⁻¹大电流下循环1000圈，容量保持率仍高达96.6%，说明缺陷结构在快充放条件下非常稳定，不会快速坍塌。

电容器端能量密度高

NSLPC组装的钾离子混合电容器在92 W kg⁻¹功率密度下给出71 Wh kg⁻¹，做器件时能量和功率兼顾。

应用场景

• 钾离子电池负极：将钾离子电池的容量和循环稳定性推至实用门槛，替代低容量硬碳。
• 混合电容器：用该负极搭配活性炭正极，做出兼具高能量和高功率的钾离子电容器。
• 高倍率储能：缺陷吸附机制与超高掺杂使得大电流下容量几乎不衰减，适合快充快放场景。
• 生物质衍生碳：将廉价可再生木质素转化为高性能掺杂多孔碳，降低原料成本。