分级结构氮掺杂碳纳米笼:高倍率长寿命可充电镁电池正极材料

可充电镁电池成本低、安全性好,是非常有前景的下一代二次电池,其关键之一是开发高性能的正极材料.本工作首次利用分级结构氮掺杂碳纳米笼(hNCNC)作为可充电镁电池的正极材料,展现出高放电比容量(71m Ah·g^(-1)@100m A·g^(-1))、优异的倍率性能(60 mAh·g^(-1)@2000 mA·g^(-1))和长循环稳定性(1000圈容量保留率83%@1000 mA·g^(-1)). hNCNC呈现电容行为主导的储镁机制,理论研究表明镁离子主要吸附在微孔边缘的碳原子、吡啶氮或吡咯氮等活性位点上.其优异储镁性能可归因于:(1) hNCNC的大比表面积(1590 m^2·g^(-1))、丰富微孔缺陷和高吡啶/吡咯氮含量(4.49 at.%)有效提升了储镁容量;(2) hNCNC的高导电性、多级孔道结构及N掺杂导致的高浸润性有利于电荷传输,降低了电池的等效串联电阻,从而改善了倍率性能;(3) hNCNC的稳定碳骨架结构及其表面吸附储镁机制使其具有优异的长循环稳定性.