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隨著柔性電子技術(shù)的快速發(fā)展，具有高性能，低成本和靈活性的電源設(shè)備變得越來(lái)越重要。鉀離子電池(KIBs)因其電壓高、成本低、以及與鋰離子電池(LIBs)相似的電化學(xué)特性，而具有廣闊的應(yīng)用前景。其中，碳材料常作為KIBs的陽(yáng)極進(jìn)行研究，但由于鉀離子的尺寸較大，其電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性仍受到限制。因此，本文報(bào)道了一種氮(N)和磷(P)共摻雜的垂直石墨烯(N, P-VG)，使其在碳布上均勻生長(zhǎng)得到N, P-VG@CC材料，并作為柔性KIBs的無(wú)粘接劑陽(yáng)極。該無(wú)粘結(jié)劑N, P-VG@CC陽(yáng)極具有豐富的活性位點(diǎn)、較大的比表面積、良好的導(dǎo)電性、較大的層間距及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出較大的容量(344.3 mAh g-1)、優(yōu)異的倍率性能 (2000 mA g-1下容量保持46.5%），突出的循環(huán)穩(wěn)定性（1000次循環(huán)后容量保持82%），優(yōu)于最近報(bào)道的大多數(shù)碳質(zhì)陽(yáng)極。此外，由Prussian blue 鉀(KPB)//N, P-VG@CC成功組裝的鉀離子全電池，其能量密度可高達(dá)232.5 Wh kg-1，具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
Figure 1. N, P-VG@CC的 a) 合成方法示意圖，b)低倍SEM圖，c)高倍SEM圖，d）TEM圖和f) C,N,P的元素映射圖。(b)和(d)中的插圖為 N, P-VG@CC的數(shù)碼照片和對(duì)應(yīng)的HRTEM圖像。e) CC, VG@CC, 和N, P-VG@CC 的XRD圖譜。
Figure 2. VG-CC 和N, P-VG@CC的a) Raman圖，b)XPS譜，f) N, P-VG@CC中N,P原子含量圖。
Figure 3.N, P-VG@CC作為KIBs陽(yáng)極在半電池中的電化學(xué)性能。a)CV曲線；b）不同循環(huán)次數(shù)及c)不同倍率的的恒電流充放電曲線；不同電流密度下的d)倍率性能和e)循環(huán)性能；f) Nyquist 圖；g)不同掃描速率的CV曲線； h) 根據(jù)（g）中的CV曲線計(jì)算的峰值電流與掃描速率曲線圖；i）不同掃描速率下表面驅(qū)動(dòng)力。
Figure 4. a) N,P-VG@CC電極在原始、嵌鉀和脫鉀狀態(tài)下的a)XRD和b)Raman 圖譜。c)嵌鉀完全和d）脫鉀完全的XPS譜。
Figure 5. 柔性KPB//N, P-VG@CC全電池的電化學(xué)性能。a)掃描速率為0.1 mV s-1下的CV曲線；b)電流密度為 100 mA g-1下的恒電流充放電曲線；不同電流密度下的c)倍率和d)循環(huán)性能；e)電流密度為 100 mA g-1下的恒流放電平臺(tái)。
Figure 6.a)基于不同活性材料柔性KPB//N、P-VG@CC全電池的Ragone圖；KPB//N, P-VG@CC全電池提供電源的b)霓虹燈和c)手表。
相關(guān)研究成果于2019年4月由廣東工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院生態(tài)環(huán)境技術(shù)學(xué)院Yu Li 課題組，發(fā)表在small（2019, 15, 1901285 ）上。原文：Nitrogen and Phosphorus Codoped Vertical Graphene/ Carbon Cloth as a Binder-Free Anode for Flexible Advanced Potassium Ion Full Batteries
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