近日，山東大學材料學院慈立傑教授在高性能鉀離子電池負極材料研究方面取得了重要進展，研究結果發表在主要能源材料期刊《能源》上，标題為"分層多孔碳載體Sn4P3作為鉀離子電池的優良負極材料"（2019，https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.04.037，即時因子.13.31）。本文第一作者是2016年博士生李德平，材料學院慈立傑教授、史鵬超副教授合著，山東大學第一作者。
近年來，随着便攜式電子裝置、電動汽車和大型儲能系統的快速發展，儲能裝置的能量密度和功率密度已經提出。目前，锂離子電池（LIB）是應用最廣泛的，但由于锂資源地殼儲量低（-17ppm）和地理分布不均（-70%分布在南美洲），锂離子電池的成本逐年增加，進而限制了其在大型電氣裝置中的應用。相比之下，鉀也是一種堿金屬元素，具有與锂相似的電化學性質，其地殼豐度（-15000oon）遠高于锂。是以，鉀離子電池（PIB）引起了研究人員的注意。但是，大量報道的碳基負極材料的容量一般不高，但循環穩定性較好，而非碳基材料（如合金負極和移相負極）雖然理論容量較高，但由于鉀離子半徑大（1.38 s，锂離子半徑0.76 s），電極材料在儲鉀過程中會面臨嚴重的體積膨脹， 通常表現出較差的乘數性能和較短的循環壽命。是以，碳基非碳基複合材料的建構是制備高性能鉀離子電池負極的有效政策。
在慈立傑教授、史鵬超副教授的指導下，李德平等人以檸檬酸鈉為前體，通過煅燒和溶解熱得到多級空穴結構的碳覆寫Sn4P3@C複合電極材料。作為鉀離子電池的負極材料，該材料表現出優異的鉀儲存性能：高可逆容量，出色的乘法器性能和長循環穩定性。此外，研究人員還通過GITT（恒流間歇滴定）和非原位XRD深入研究了Sn4P3@C電極的儲鉀機理和優異的電化學性能。本研究為大規模儲能系統的開發和探索，特别是對堿金屬離子電池高性能電極材料（锂離子、鈉離子、鉀離子和鋅離子等）的研究提供了一條構思途徑。
此外，在實作錫基材料的磷化後，鑒于鈉離子電池中二硫化錫優異的電化學性能，在慈立傑教授和史彭超副教授的指導下，李德毅還嘗試了在Sn@C複合材料的基礎上制備SnS2@C複合材料，發現硫化過程中的球形錫顆粒會導緻鱗片狀生長成片狀外觀， 進而刺穿碳包層殼層，導緻電化學性能差。基于此，研究人員設計了石墨烯表面極限政策，成功實作了SnS2顆粒的形态調控和有效碳包層，并在鈉離子和鉀離子電池中表現出優異的電化學性能。該研究的結果發表在ChemSusChem（2019，https://doi.org/10.1002/cssc.201900719，影響因子7.411）上。
近年來，依托山東大學和材料學院的良好研究平台，山東大學-萊斯大學碳納米材料研究中心在新型儲能器件方面取得了一系列研究進展，在能源材料、儲能材料、ACS納米、納米能源、J.材料等方面取得了一系列研究進展。化學。A、ACS應用材料。界面、納米研究、化學化工、納米尺度等材料發表在國際知名期刊上，一直受到國内外同行的廣泛關注。
山東大學碳納米材料研究中心自成立以來，一直得到山東大學材料學院、科學技術研究所、國際事務部的持續支援。該研究還得到了山東省自然基金、山東省泰山學者計劃、山東省重點研發計劃和山東大學自主創新項目的支援。
文章相關連結：
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.04.037
https://doi.org/10.1002/cssc.201900719
圖1（a）Sn@C合成過程圖，（b）Sn4P3和（c）Sn4P3@C
圖2 電化學儲鉀性能。（a） Sn4P3@C Sn4P3@C電極Sn4P3@C 0.1 mV s-1掃描時的CV曲線;Sn4P3@C電極在100 mA g-1電流密度下的圓形性能，（d）Sn4P3和Sn4P3@C電極的乘法器性能，以及（e）電極在500 mA g-1電流密度下的長循環穩定性。
作者：張繼志 來源：山東大學