麦立强/吴劲松/罗雯AEM: 用于非水系钾电池的应变松弛红磷自支撑负极

红磷（RP）作为一种很有前途的钾离子电池（KIBs）负极，由于其高理论容量、低氧化还原电位和丰富的自然资源而受到广泛关注。然而，由于体积膨胀巨大和电子导电性差，RP表现出显著的容量衰减和快速的结构退化。

在此，武汉理工大学麦立强教授、吴劲松教授及罗雯等人报道通过蒸发-冷凝法将无定形RP封装到3D互连多孔多通道的S/N共掺杂碳纳米纤维中制备了一种应变松弛自支撑柔性RP/碳电极（RP@SN-CNFs），并将其作为非水系可充电KIB的优良负极。

由于S/N共掺杂的协同作用，碳基体对RP具有更强的吸附能，可以有效缓解RP体积变化带来的巨大应力。原位TEM研究和基于COMSOL的化学机械模拟表明，多孔碳基体可以提供空间来适应RP在钾化过程中的体积变化，并且钾化晶体聚集以释放应力并产生快速应变松弛。

图1. RP@SN-CNFs的制备过程示意图及结构表征

因此，当作为KIBs的独立负极时，RP@SN-CNFs电极表现出高可逆容量、优异的倍率性能和非凡的耐久性，在1 A g^-1下900次循环后可提供429 mAh g^-1的高可逆容量且库伦效率近100%，甚至在2 A g^-1的高电流密度下2000次循环后容量仍保持为282 mAh g^-1。

通过原位表征和DFT计算证明了高度可逆的单电子转移机制，其最终放电产物为KP且表现出更快的动力学。结果表明，该策略可以克服上述合金化电极的局限性，更重要的是，揭示了界面亲和性磷碳负极呈现出的应力松弛行为，这为大体积膨胀负极的应用提供了新的思路。

图2. RP@SN-CNFs负极的储钾性能

A Strain-Relaxation Red Phosphorus Freestanding Anode for Non-Aqueous Potassium Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103343

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麦立强/吴劲松/罗雯AEM: 用于非水系钾电池的应变松弛红磷自支撑负极

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