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地球上具有丰富的钾资源，因此，钾离子电池可作为能源存储的有力候选者。对于钾离子电池用正极材料，目前主要研究了普鲁士蓝、金属氧化物、有机固体和有机化合物。对于负极材料，主要集中于几种同素异形体的碳材料。比如石墨负极，其可逆的嵌钾容量约为273mAh.g-1,非常接近其理论比容量279mAh.g-1（KC8），表现出较高的嵌钾能力。但是由于在嵌钾过程中存在着高达61%体积膨胀造成了石墨材料较差的倍率性能和较短的循环寿命，从而严重限制了钾离子电池的实际应用。为了解决这一问题，俄勒冈州立大学的纪秀磊团队制备并研究了硬碳和软碳材料的储钾性能，并结合硬碳高循环和软碳高容量的优点，制备了硬-软碳复合材料，这种复合材料表现出优异的储钾性能，可作为钾离子电池负极材料的候选者。 纪秀磊团队采用蔗糖作为前驱体，利用水热法制备了硬碳材料（HCS），利用3,4,9,10-苝四酸二酐作为前驱体（PTCDA）在惰性氛围下进行高温碳化制备了软碳材料（SC），对于硬-软碳复合材料（HCS-SC）是将制备的硬碳和PTCDA在惰性气氛下高温球磨制备而来。纪秀磊团队制备的HCS和HCS-SC材料平均层间距为0.4nm和0.37nm。在电化学性能测试中发现，SC倍率性能最好，而HC的倍率性能最差，在10C倍率下，两种材料的比容量分别为1213mAh.g-1和453mAh.g-1。两种材料倍率性能的差异主要归因于两方面：1.SC比HCS导电性更高，电导率分别为5.7Sm-1和5.7Sm-1，2.SC和HCS相比，其在0.2V以上的电位贡献的容量更多，这就给于软碳更宽的电压用于极化，有利于其倍率性能的发挥。而HC材料表现出更优异的循环稳定性。纪秀磊团队通过TEM和SAED测试手段分析认为：这主要是由于石墨化程度更高的SC在嵌钾过程中100晶面结构遭到破坏，而石墨化程度较低的HCS的结构稳定性良好。认识到HCS和SC材料的各自优缺点，纪秀磊团队制备出了具有高容量和高循环稳定性的HCS-SC复合材料，可作为钾离子电池负极材料的候选者。 Figure 1. SEM images of a) HCS, b) SC, andc) HCS-SC. Figure 2. a) BET results, and b) XRDpatterns of HCS, SC, and HCS-SC. Figure 3. Thefirst three galvanostatic cycles of a) HCS, b) SC, and c) HCS-SC. Figure4. a) Rate cycling performance, b)long-term cycling performance at 0.2 °C of HCS, c) correspondingpotassiation/depotassiation curves at different cycles in (b), and d) longcycling performance at 1 C rate of HCS, SC, and HCS-SC. Figure 5. TEM images of a) pristine and b)potassiated HCS samples with insets showing the corresponding SAED patterns,respectively, c) comparison of the radical intensity profiles of these SAEDs. TEM images of d) pristineand e) potassiated SC samples with insets showing the corresponding SAEDpatterns, respectively, f) comparison of the radical intensity profiles ofthese SAEDs 相关工作Advanced Functional Materials:Hard–Soft CompositeCarbon as a Long-Cycling and High-Rate Anode for Potassium-Ion Batteries（DOI:10.1002/adfm.201700324） 本期投稿：YTT 编辑：WJH 版权所属，转载请注明。 意深才浅，拙著多有不足； 不妨留步，说说您的看法。 |
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