開發(fā)具有多維離子傳輸通道的負極材料,尤其是克服鉀離子(K+)大半徑造成的巨大體積膨脹和離子擴散動力學遲緩問題,對于提高鉀儲存性能至關重要。圖1.?石墨和GDY在鉀離子傳輸和儲存方面的結構特征圖解武漢理工大學麥立強、華中師范大學郭彥炳等提出了一種基于石墨炔(GDY)的不同鍵長化學鍵自可逆轉換技術,以實現(xiàn)離子傳輸通道的自我調節(jié)。密度泛函理論(DFT)計算和原位/外電化學測試證明,GDY 框架的面內三角形孔隙(5.46 ?)為 K+(1.38 ?)在垂直于GDY平面的方向上的擴散提供了傳輸通道,這與離子擴散主要受面內遷移控制的碳質材料不同。此外,原位拉曼和電動力學分析表明,在K+的刺激下,GDY的炔烴鍵可逆連接/斷裂,從而實現(xiàn)自我調節(jié)離子通道。圖2.?GDY與石墨的電化學性能因此,與石墨相比,具有2個數(shù)量級擴散系數(shù)的GDY負極在100 mA g-1電流條件下可提供202 mAh g-1的高可逆容量,并表現(xiàn)出非凡的耐久性,循環(huán)時間超過380天。這項工作為從分子碳骨架角度設計智能、高效的離子傳輸通道,從而增強高性能KIB的擴散動力學開辟了一條新途徑。圖3. K+離子擴散動力學評價Molecular carbon skeleton with self?regulating ion?transport channels for long?life potassium ion batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102975