Un supercapacitor de iones de potasio de carbono dual habilitado por electrodos fibrosos de carbono hueco con grafitización reducida

Resumen El gran tamaño de los iones K + (1.38 Å) presenta un desafío para lograr una alta cinética y una larga vida útil de los dispositivos de almacenamiento de potasio. Aquí, se utiliza una membrana fibrosa de ZrO 2 como plantilla reactiva para construir un supercapacitor de iones K de carbono dual. A diferencia del grafito, el carbono grafítico catalizado por ZrO 2 presenta una disposición de capas relativamente desordenada con un espaciado interplanar expandido de 0.378 nm para acomodar la inserción/extracción de K +. Los sitios de nitrógeno derivados de la piridina pueden almacenar localmente iones K sin interrumpir la formación de compuestos intercalados de grafito de etapa 1 (GICs). En consecuencia, la fibra de carbono grafítico hueco dopada con N alcanza una capacidad de almacenamiento de K + (principalmente por debajo de 1 V), que es 1.5 veces la del grafito comercial. Se ensamblan supercapacitores híbridos de iones de potasio utilizando los electrodos de fibra de carbono hueco y la membrana de nanofibras de ZrO 2 como separador. El supercapacitor exhibe una alta potencia de 40,000 W kg −1, carga completa en 8.5 s, retención de capacidad del 93% después de 5000 ciclos a 2 A g −1, y una baja tasa de autodescarga de 8.6 mV h −1. La escalabilidad y el alto rendimiento de los electrodos tubulares de carbono expandido enfatizan el potencial avance de los supercapacitores de iones de potasio prácticos.