哈师大邓超EnSM：定制应力消除结构实现高性能钾离子混合电容器/电池！

钾离子宿主缓慢的氧化还原动力学和严重的体积变化是钾离子混合电容器（PIHC）和钾离子电池（PIB）的挑战性问题。

图1. 材料制备示意

哈尔滨师范大学邓超等介绍了一种新型三元磷硒化钴（CoPSe）@N/P共掺杂碳（NPC）复合材料，该复合材料具有应力消除结构，可用作PIHC和PIB的负极。

具体而言，超细CoPSe纳米晶体嵌入N和P共掺杂碳基质中以形成球形单元，然后将得到的“纳米球”封装在轮胎状中空框架中，以构建“轮胎包球”（BIT）结构。双碳装饰和BIT结构的超细晶体都有利于电子/离子的快速传输，并显著降低内应力。

同时，三元CoPSe晶体与N/P共掺杂碳基体之间的强界面相互作用有利于复合材料的快速动力学和高稳定性。此外，这种CoPSe@NPCBIT复合材料是首次通过一种简单的生物合作方法构建的，其中局部生物燃烧、原位磷化和硒化同步。

图2. 储钾机制研究

密度函数理论（DFT）结果显示，CoPSe@NPC异质结构的内在导电性能得到了改善，钾的吸附和扩散能力得到了增强。有限元模拟（FEA）表明，在离子嵌入/脱出过程中，BIT结构内部存在均匀分布的压抑应力。电化学结果表明，在钾离子体系中，CoPSe@NPC BIT复合材料具有卓越的高倍率能力和出色的循环稳定性。

此外，基于CoPSe@NPC BIT负极制备的PIHCs和PIBs全电池表现出高能量密度、高功率密度和长期循环的高耐久性。更令人印象深刻的是，这两个器件在不同的外部变形或宽温度范围内均表现出良好的耐滥用性，这使它们成为有前途的电源，以用于不同的应用。

图3. PIB全电池性能

Tailoring Stress-Relieved Structure for Ternary Cobalt Phosphoselenide@N/P Codoped Carbon towards High-Performance Potassium-Ion Hybrid Capacitors and Potassium-Ion Batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.02.013

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