氮掺杂多孔石墨状碳装甲化致密非晶壳：基于特洛伊策略的高性能钾离子电池负极材料

为解决钾离子电池(KIBs)因K+半径过大导致的倍率性能差和循环稳定性低等问题，研究人员通过"特洛伊木马"策略，以氧化煤沥青包覆C3N4为前驱体，制备出具有致密非晶外壳的氮掺杂多孔石墨状碳负极。该材料在保持高比容量(412.3 mAh g?1@0.05 A g?1)和优异倍率性能(156.5 mAh g?1@10 A g?1)的同时，初始库伦效率(ICE)提升至62.6%，并实现6000次循环稳定性，为高性能钾离子电池负极设计提供了新思路。

　　

这项突破性研究展示了一种创新的"由内而外"蚀刻策略，通过将氧化煤沥青(coal tar pitch)包覆的氮化碳(C₃N₄)作为"特洛伊木马"前驱体，成功构建了具有独特核壳结构的氮掺杂(N-doped)多孔石墨状碳材料。这种材料就像给电池负极穿上了"防弹衣"——内部的多孔石墨核提供高速离子传输通道，而外部的致密非晶壳则像精密的分子筛，既能阻挡电解液过度渗透，又允许钾离子(K⁺)有序穿梭。

电化学测试结果令人振奋：在0.05 A g^?1电流密度下展现出412.3 mAh g^?1的高可逆容量，相当于每个碳原子容纳近1个钾离子；即使在10 A g^?1的超高倍率下，仍能保持156.5 mAh g^?1的容量，媲美超级电容器的充放电速度。更难得的是，这种"装甲"设计将初始库伦效率(ICE)提升至62.6%，解决了多孔碳材料常见的首周效率低下难题。经过6000次充放电循环后，材料仍保持结构完整，就像经过严格训练的马拉松选手，展现出惊人的耐久性。

该研究为破解钾离子电池商业化困境提供了关键材料解决方案，这种"刚柔并济"的设计理念也可拓展至其他储能体系，为下一代储能器件开发点燃了新希望。