3月18日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院材料所（籌）光子信息與能源材料研究中心在新型高性能鉀離子電池的負(fù)極材料研究方面取得重要進(jìn)展：理論預(yù)言苯乙烯材料是一類非常有前景的鉀離子電池負(fù)極材料，基于大量的計(jì)算模擬數(shù)據(jù)指出苯乙烯材料在用作鉀離子電池負(fù)極材料時(shí)具有非常高的理論比容量和非常小的體積膨脹。相關(guān)成果以"[n]Phenacenes: Promising Organic Anodes for Potassium-Ion Batteries"（苯乙烯：有前景的鉀離子電池負(fù)極材料）為題發(fā)表在期刊Journal of Physical Chemistry C（DOI：10.1021/acs.jpcc.9b10930）上。
因?yàn)樵诔杀竞铜h(huán)境等方面的優(yōu)勢(shì)，鉀離子電池被認(rèn)為是鋰離子電池的最佳替代者之一，從而被廣泛研究；然而在負(fù)極材料端，因?yàn)殁浘哂斜蠕嚧蟮碾x子半徑，使得常用的石墨、硅和微納多孔等負(fù)極材料在嵌鉀時(shí)負(fù)極端膨脹過(guò)大從而導(dǎo)致儲(chǔ)鉀容量過(guò)低的問(wèn)題。
為解決上述問(wèn)題，深圳先進(jìn)院鐘國(guó)華博士與其合作者基于高通量計(jì)算、第一性原理材料設(shè)計(jì)，提出了用苯乙烯材料用作鉀離子電池負(fù)極材料的想法。研究人員在由苯乙烯構(gòu)成的多孔或?qū)訝罹w材料中嵌入/脫出鉀離子，研究整個(gè)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)過(guò)程。大量數(shù)據(jù)結(jié)果指明，在苯乙烯類材料中嵌入鉀離子，理論比容量可高達(dá)700 mAh/g以上，且在嵌入/脫出鉀離子的過(guò)程中，材料的體積膨脹率小于50%。另外，該材料也具有較好的導(dǎo)電性和較小的開(kāi)路電壓，使之提供較大電壓窗口。這些數(shù)據(jù)表明苯乙烯比石墨等材料在儲(chǔ)鉀和安全性等方面更具優(yōu)勢(shì)，是一類系非常有前景的鉀離子電池負(fù)極材料。
該研究得到深圳市基礎(chǔ)研究布局項(xiàng)目和孔雀計(jì)劃項(xiàng)目的資助支持。
苯乙烯材料（上）在嵌入鉀時(shí)的理論比容量（左下）和開(kāi)路電壓（右下）與其它材料的對(duì)比
