這里，通過一步化學氣相沉積合成了富硫的石墨烯納米盒（SGN），作為鉀離子電池和鉀離子電容器（PIC）陽極，實現了出色的倍率性能和循環性能。 SGN電極在0.05 A g-1電流密度時，具有516 mAh g-1的可逆容量，在1 A g-1時快速充電容量達223 mA h g-1，并且還表現出優異的穩定性，1000次循環后容量保持率達89％。此外，SGN基PIC表現出優異的Ragone chart特性：在505 W kg-1時為112 Wh kg-1，在14618 W kg-1時為28 Wh kg-1，在6000次循環后其容量保持率為92%。XPS電荷存儲序列主要基于碳中結構化學缺陷的可逆離子結合以及K−S−C和K2S化合物的可逆形成。透射電子顯微鏡分析表明，由于離子嵌入，石墨烯發生了可逆的膨脹，并成為低電壓下容量的第二來源。即使經過1000次循環，這種嵌入機制極具穩定性。此外，恒電流間歇滴定技術分析結果顯示，SGNs具有10-10至10-12 cm2s-1的擴散系數，比無硫碳高一個數量級。這項研究證明了通過標準的碳酸鹽基電解質轉換為醚類對應物，可以大大提高初始庫侖效率。
Figure 1. SGN的合成過程，所得結構和電荷儲存機理示意圖。
Figure 2. （a，d）SGN-900，（b，e）SGN-1000和（c，f）GN-900的HRTEM圖像和相應的石墨烯層間距情況。（g-j）SGN-900的HAADF-STEM圖像和C，O和S的對應EDXS元素圖。
Figure 3. SGN-900，SGN-1000和GN-900的結構，組分和近表面化學特征。包括（a）XRD，（b）拉曼光譜，（c）氮吸附-解吸等溫線曲線和（d）相應的孔徑分布。 （e-h）XPS光譜。
Figure 4. SGN-900，SGN-1000和GN-900半電池的鉀存儲行為與K/K +的關系。 （a）SGN-900的CV曲線，（b）恒電流曲線，（c）第i階段和第ii階段的容量以及相關的拉曼IG/ID比，（d）倍率性能，（e）比容量性質比較，（f）SGN-900在2 A g-1下的循環穩定性，（g）SGN和GN在不同掃描速率下的反應控制貢獻， （h）GITT情況，以及（i）相應的鉀離子擴散系數。
該研究工作由美國得克薩斯大學奧斯汀分校David Mitlin，中國海洋大學王煥磊教授課題組于2020年發表在ACS Nano期刊上。原文：Sulfur-Rich Graphene Nanoboxes with UltraHigh Potassiation Capacity at Fast Charge: Storage Mechanisms and Device Performance。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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