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?福建師大陳育明PNAS：高電子態(tài)活性位點(diǎn)的工程接觸曲面界面實(shí)現(xiàn)高性能鉀離子電池

鉀離子電池（PIB）由于鉀資源豐富且成本低廉而受到廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是一種可持續(xù)的儲(chǔ)能技術(shù)。然而，PIB中使用的石墨負(fù)極由于鉀離子半徑大而導(dǎo)致容量低和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢。

在此，福建師范大學(xué)陳育明團(tuán)隊(duì)報(bào)道了氮摻雜、豐富缺陷的空心碳納米球在碳納米管(CNTs)上具有接觸彎曲界面(CCIs)，即CCI-CNS/CNT，以促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移和鉀離子吸附。密度泛函理論計(jì)算證實(shí)，工程CCIs顯著增強(qiáng)了費(fèi)米能級(jí)附近的電子態(tài)，從而促進(jìn)了電子轉(zhuǎn)移。

此外，CCIs對(duì)鉀離子表現(xiàn)出明顯的親和力，促進(jìn)了鉀離子的吸附，從而有利于鉀離子的儲(chǔ)存。結(jié)果表明，合理設(shè)計(jì)的CCI-CNS/CNT負(fù)極具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

圖1. 電池性能

總之，該工作報(bào)道了工程CCIs使得碳質(zhì)材料在費(fèi)米能級(jí)附近的電子DOS得到了增強(qiáng)，并促進(jìn)了其對(duì)堿金屬離子的親和力?；诖?，該工作設(shè)計(jì)了具有碳納米管上CCIs的NHG-CNSs。這些獨(dú)特的特性使CCI-CNS/CNT負(fù)極具有優(yōu)異的倍率性能、更高的可逆容量和更長的循環(huán)壽命(4 A g^-1下循環(huán)5000次)。因此，該項(xiàng)工作通過CCI工程提高碳質(zhì)材料的儲(chǔ)鉀性能提供了一種方法，有望在其他電池系統(tǒng)中得到更廣泛的應(yīng)用。

圖2. DFT計(jì)算

Engineering contact curved interface with high-electronic-state active sites for high-performance potassium-ion batteries , Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2023 DOI: 10.1073/pnas.2307477120

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