高性能钾离子电池负极材料研究再获突破

2020-10-27

因为在成本和环境等方面的优势，钾离子电池被认为是最具潜力的离子电池之一，从而被广泛研究；然而在负极材料端，因为钾具有比锂大的离子半径，使得常用的石墨、硅和微纳多孔等负极材料在嵌钾时负极端膨胀过大从而导致储钾容量过低的
问题。为解决上述问题，中科院深圳先进技术研究院光子信息与能源材料研究中心钟国华博士与其合作者聚焦于芳香类有机化合物，基于高通量计算、第一性原理材料设计，提出了用联苯材料用作钾离子电池负极材料的想法。研究人员在由联苯分子
构成的多孔材料中嵌入/脱出钾离子，研究整个动态过程。大量数据结果指明，在联苯类材料中嵌入钾离子，理论比容量可高达800 mAh/g以上，且在嵌入/脱出钾离子的过程中，材料的体积膨胀率小于60%；另外，材料也具有较好的导电性和较小的
开路电压使之提供较大电压窗口。这些数据表明联苯体系比石墨等材料在储钾和安全性等方面更具优势，是一类系非常有前景的钾离子电池负极材料。
这是中心研究团队在提出稠环芳烃是一类有前景的钾离子电池负极材料之后，再一次在有机负极领域取得的一项重要进展，相关研究成果以“Poly-p-phenylenes as Novel Bulk-type Anode Materials for Potassium-Ion Batteries: A First-Principles Study”
为题发表在期刊Journal of Physical Chemistry C（《物理化学杂志C》），2020，DOI：10.1021/acs.jpcc.0c07415）上。
该研究得到深圳市基础研究布局等项目的资助支持。https://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c07415

图：联苯材料在嵌入钾时的理论比容量（左）和体膨胀比（右）与其它材料的对比。