太原理工大学王孝广课题组报道了一种以低成本的煤为前驱体，合成制备具有自支撑结构的柔性串珠状碳复合材料，并将其用于钾离子混合电容器负极。通过电化学等测试技术研究了电极材料结构对钾离子存储反应动力学的影响。结果表明，串珠状电极材料复合结构提高了电极表面的润湿性，促进了电解质离子的扩散，从而提高了钾离子混合电容器的电化学性能。
钾离子混合电容器通常由电池型负极和电容型正极组成，可在保持良好循环寿命的同时呈现出优异的能量密度和功率密度。追求长寿命、高倍率和低成本的负极材料对钾离子混合电容器具有重要意义。碳质材料因其天然丰度高、化学稳定性好、易于调节、环境友好等优点被作为电极材料广泛研究。然而，如何充分结合资源丰富煤炭资源和碳纳米纤维的结构优点相关的研究却较少。因此，研究碳材料体系在储钾方面的作用是十分必要的，特别是电极材料结构及K+转移动力学对于钾离子混合电容器的影响。
鉴于此，作者通过高温碳化及静电纺丝将煤前驱体结合聚丙烯腈制备了串珠状结构电极（BCCFs-800）。将其用于钾离子半电池时，在0.05 A g-1的电流密度下呈现出291.8 mAh g-1 的放电比容量，在5.0 A g-1的大电流密度下仍保持有104.5 mAh g-1，当在1.0 A g-1电流密度下循环2000圈后依旧具有131.4 mAh g-1 的放电比容量。另外，作者通过结合商业活性炭作为正极，组装了钾离子混合电容器。测试结果显示，该钾离子混合电容器能量密度和功率密度分别可达119 Wh kg-1和2187 W kg-1。
图1.（a）CC-800，（b）CFs-800和（c）BCCFs-800的SEM照片（插图为结构示意图）。（d，f）BCCFs-800的TEM照片。（e，g）BCCFs-800的HRTEM照片。（h-k）BCCFs-800的元素分布图。 为了反映电极表面与含K+电解液之间的相互作用，作者对电极材料进行了电解液接触角测试。结果表明，BCCFs-800的接触角仅为4.3°，明显小于CFs-800（~ 13.8°）和CC-800（~ 24.5°）。显然，三维串珠状网络的结构特征对K+的扩散起着至关重要的作用，从而促进了K+快速存储的电容行为。该工作为煤炭资源的绿色清洁利用提供了新的思路，同时有效促进了钾离子存储技术的发展。然而，钾离子混合电容器的能量密度还不能满足大功率商业应用的要求。因此，更多有针对性的工作需要在未来做更深入研究。 图2. CC-800、CFs-800和BCCFs-800的电解液扩散示意图及相应的接触角测试。 论文信息 Bead-Like Coal-Derived Carbon Anodes for High Performance Potassium-Ion Hybrid Capacitors Shiwei Wei, Xiaoyang Deng, Manab Kundu, Zizai Ma, Jianxing Wang, Xiaoguang Wang 文章第一作者为魏世伟 ChemElectroChem DOI: 10.1002/celc.202101715
