Abstract Aluminum-ion batteries are favorable for the next generation of rechargeable batteries by virtue of their high theoretical energy density, high safety and low cost. Graphite with excellent electronic conductivity and large surface area is likely to be the most pleasurable cathode material for aluminum-ion batteries. However, due to the lack of high-performance cathodes and cost-effective electrolytes, aluminum-ion batteries are greatly hindered. Herein, a nitrogen doped three-dimensional porous carbon material cathode (N-3PC) with controlled porous and disordered structures is synthesized via a facile heating reaction in oil bath combined with sintering method. Moreover, the controlled porous structures by the Zn(NO3)2 pore-forming agent method support a very large specific surface area, which is beneficial to a relatively high initial Coulombic efficiency. In terms of open porous structures of N-3PC, the increased disordered structures can not only benefit the diffusion of Al3+ ions but also enlarge the reversible capacity of Al storage. When applied as cathode materials for aluminum-ion batteries, N-3PC cathode showcases rosy rate capability (33 mA h g−1 at 500 mA g−1) and perfect reversible capacity (13 mA h g−1 at a high current density of 2000 mA g−1). Furthermore, the high-performance N-3PC cathode material is prepared via a green approach stemming from low-cost and Zn(NO3)2 template, demonstrating a feasible development of carbon cathode materials for aluminum-ion batteries.

中文翻译：

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氮掺杂多孔碳作为铝离子电池的阴极

摘要 铝离子电池具有理论能量密度高、安全性高、成本低等优点，有利于下一代充电电池的发展。具有优异电子导电性和大表面积的石墨可能是铝离子电池最令人愉悦的正极材料。然而，由于缺乏高性能正极和性价比高的电解质，铝离子电池发展受到很大阻碍。在此，通过油浴中简便的加热反应结合烧结法合成了具有可控多孔和无序结构的氮掺杂三维多孔碳材料阴极（N-3PC）。此外，通过 Zn(NO3)2 成孔剂方法控制的多孔结构支持非常大的比表面积，这有利于相对较高的初始库仑效率。就N-3PC的开放多孔结构而言，增加的无序结构不仅有利于Al3+离子的扩散，而且扩大了Al存储的可逆容量。当用作铝离子电池的正极材料时，N-3PC 正极表现出良好的倍率性能（500 mA g-1 时为 33 mA hg-1）和完美的可逆容量（2000 mA 高电流密度下为 13 mA hg-1） g-1)。此外，高性能 N-3PC 正极材料是通过源自低成本和 Zn(NO3)2 模板的绿色方法制备的，证明了用于铝离子电池的碳正极材料的可行开发。增加的无序结构不仅有利于 Al3+ 离子的扩散，而且还扩大了 Al 存储的可逆容量。当用作铝离子电池的正极材料时，N-3PC 正极表现出良好的倍率性能（500 mA g-1 时为 33 mA hg-1）和完美的可逆容量（2000 mA 高电流密度下为 13 mA hg-1） g-1)。此外，高性能 N-3PC 正极材料是通过源自低成本和 Zn(NO3)2 模板的绿色方法制备的，证明了用于铝离子电池的碳正极材料的可行开发。增加的无序结构不仅有利于 Al3+ 离子的扩散，而且还扩大了 Al 存储的可逆容量。当用作铝离子电池的正极材料时，N-3PC 正极表现出良好的倍率性能（500 mA g-1 时为 33 mA hg-1）和完美的可逆容量（2000 mA 高电流密度下为 13 mA hg-1） g-1)。此外，高性能 N-3PC 正极材料是通过源自低成本和 Zn(NO3)2 模板的绿色方法制备的，证明了用于铝离子电池的碳正极材料的可行开发。N-3PC 阴极显示出良好的倍率能力（500 mA g-1 时为 33 mA hg-1）和完美的可逆容量（2000 mA g-1 的高电流密度下为 13 mA hg-1）。此外，高性能 N-3PC 正极材料是通过源自低成本和 Zn(NO3)2 模板的绿色方法制备的，证明了用于铝离子电池的碳正极材料的可行开发。N-3PC 阴极显示出良好的倍率能力（500 mA g-1 时为 33 mA hg-1）和完美的可逆容量（2000 mA g-1 的高电流密度下为 13 mA hg-1）。此外，高性能 N-3PC 正极材料是通过源自低成本和 Zn(NO3)2 模板的绿色方法制备的，证明了用于铝离子电池的碳正极材料的可行开发。