我院碳中和技术创新研究院李林团队在国际权威期刊Chemical Science上发表学术论文

钾离子电池由于丰富的钾资源和潜在的低制造成本而引起了科研人员的广泛关注，并有望在未来成为锂离子电池在大规模储能领域的有益补充。同时，由于K+较弱的路易斯酸度和较大的离子半径（相比于Li+和Na+），K+与有机溶剂之间展现出较弱的相互作用，这有利于快速的能量存储，因此钾离子电池被认为是一种极具潜力的功率型储能技术。然而，也正是由于K+大的离子半径，不可避免地导致了其在电极内部缓慢的扩散动力学，减缓了电极材料的电化学反应动力学，从而使电极材料表现出较差的倍率性能。此外，由于K+大的离子半径，电极材料在充放电过程中会发生大的体积变化，破坏电极材料的结构稳定性，导致较差的循环稳定性。因此，构筑可快速储钾且结构稳定的电极材料，对于面向功率型储能的钾离子电池显得尤为重要。

图 1. KNiHCF//Bi@C全电池的电化学性能测试

近日，我院碳中和技术创新研究院李林团队、深圳大学轷喆特聘教授和南开大学赵庆研究员合作在国际权威期刊Chemical Science上发表题为《Bismuth Nanoparticle Embedded in Carbon Skeleton as Anode for High Power Density Potassium-Ion Batteries》的学术论文。该工作以柠檬酸铋作为前驱体，通过简易的一步热解法成功将纳米级Bi颗粒均匀嵌入至碳骨架中，形成Bi@C复合材料。在10.0 A g−1的条件下，循环200次，Bi@C负极的可逆容量仍高达255.6 mAh g−1。结合实验表征和第一性原理计算，进一步探究了Bi@C复合材料在醚基电解液中具有快速电化学反应动力学的原因。另外，通过原位X射线衍射揭示了Bi@C复合材料在第一次和随后循环中的储钾机理的差异。最后，通过匹配镍基普鲁士蓝类似物（KNiHCF）正极材料构建了钾离子全电池，其功率密度超过10 kW kg−1，证明了Bi@C负极材料在功率型钾离子电池中的应用潜力。综上所述，该工作通过纳米结构工程、碳包覆和电解液优化等策略，成果实现了Bi负极材料对K+的快速储存，并通过与KNiHCF正极材料组合，成功构建了具有超高功率密度的钾离子全电池。相关文章发表在Chemical Science上，澳门新葡平台网址8883为第一通讯单位，我院博士后郝志强和2022级研究生石小燕为第一作者，我院侴术雷教授和李林特聘教授为该论文共同通讯作者，相关工作受到国家自然科学基金和浙江省自然科学基金项目的资助。

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2022/sc/d2sc04217g