近日，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其團隊聯(lián)合香港城市大學教授李振聲成功研發(fā)出高氮摻雜的多孔微晶碳納米材料，其作為鉀離子電池負極表現(xiàn)出高容量和長循環(huán)特性。相關(guān)研究成果"Ultrahigh Nitrogen Doping of Carbon Nanosheets for High Capacity and Long Cycling Potassium Ion Storage"（《具有高容量長循環(huán)儲鉀性能的高氮摻雜碳納米材料》）在線發(fā)表于材料期刊Advanced Energy Materials（《先進能源材料》）。
由于鉀儲量豐富、與鋰接近的標準氫電極電勢（-2.93 V）等特性，使得鉀基儲能器件在規(guī)模化儲能領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。然而，由于鉀離子的離子半徑較大(1.38埃米)，不僅阻礙了其在電極材料中的嵌入/脫出，動力學緩慢，還會導致電極材料發(fā)生較大的體積變化，使得循環(huán)穩(wěn)定性較差。因此，亟待開發(fā)針對于鉀離子存儲的高效低成本電極活性材料。
基于上述考慮，唐永炳及其團隊成員常興奇、周小龍、歐學武等人成功研發(fā)出高氮摻雜的多孔微晶碳納米材料，其多孔結(jié)構(gòu)有利于鉀離子的快速擴散，而含有大量微晶碳納米片有利于鉀離子的插層與吸附。研究表明：這種高氮摻雜微晶碳納米材料的電化學反應(yīng)為擴散反應(yīng)與贗電容反應(yīng)協(xié)同作用機理，其作為鉀電負極具有~410 mAh/g的高容量，并且在5A/g 的大電流密度下可逆循環(huán)3000次后的容量保持率約為70%。該工作為設(shè)計高性能鉀電負極材料提供了新策略。
該項研究得到國家自然科學基金、廣東省國際合作項目、深圳市科技計劃項目等資助。
高氮摻雜微晶碳的結(jié)構(gòu)及儲鉀性能：（a）SEM形貌表征（b）TEM顯微結(jié)構(gòu)（c）XPS成分分析（d）低電流密度下的電池容量（e）5 A/g大電流下的長循環(huán)性能
來源：中國科學院深圳先進技術(shù)研究院
