硬碳作为锂、钠、钾离子电池负极材料具有广阔的应用前景,增强其低电位平台容量对于构建高能量密度器件至关重要。既往研究表明,阳极颗粒的大小对低压平台容量有很强的影响。阐明尺寸对HC的影响有助于提高储能器件的能量密度。本文对“无序碳”和“纳米石墨碳”进行建模,以排除LIB、SIB和PIB中的低电位存储机制。当两个模型碳作为阳极进行测试时,HCs对Li、Na和K表现出不同的离子存储趋势,LIBs没有明显的平台容量,而SIBs和PIBs则实现了高平台容量。特别是,对于PIB,“无序碳”和“纳米石墨碳”都具有显着的低电位特性。基于理论计算和原位表征,证明了“无序碳”通过扩散控制的孔隙填充机制储存钾,而“纳米石墨碳”则通过扩散控制的插入机制进行储存。“无序碳”的电荷容量(低于1.5 V)为271.0 mAh g -1,粒径为248 nm,优于粒径为256 nm(253.1 mAh g-1)的“纳米石墨碳”。然而,由于缺陷结构对离子的强捕获能力(r'3=[1-Qr/Q0] ×R3,ω=r/R),低潜位钾储存容量与粒径之间的拟合关系在“无序碳”中呈现出急剧下降的抛物线关系。相比之下,低电位钾储存能力与粒径之间存在平坦的抛物线关系,存在于“纳米石墨碳”中。同时,构建了反应深度模型,进一步阐明了大小对低潜位钾储存能力的影响。对于“无序碳”,半径利用率分别为100%、51%、29%和5%,呈急剧下降趋势。而“纳米石墨碳”的半径利用率分别为 100 %、55 %、40 % 和 35%。该计算结果与实际拟合数据一致。本文揭示了尺寸效应对低压平台容量的影响机制,有助于构建高能量密度器件。
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