本站讯 近期，中国海洋大学材料科学与工程学院王焕磊教授课题组在钠/钾离子电池用致密碳基储能材料研究方面取得系列进展。相关成果“Spatially Confined ‘Edge-to-Edge’ Strategy for Achieving Compact Na+/K+ Storage: Constructing Hetero-Ni/Ni3S2 in Densified Carbons”（空间限域的“边对边”策略实现紧凑的Na+/K+存储：在致密碳中构建异质结构Ni/Ni3S2）和“Sulfur and nitrogen codoped cyanoethyl cellulose-derived carbon with superior gravimetric and volumetric capacity for potassium ion storage”（氰乙基纤维素衍生硫氮共掺杂致密碳用于高重量和体积容量钾离子储存）分别在Advanced Functional Materials和Carbon Energy等国际顶尖材料和能源领域期刊上发表。
为推进能源绿色低碳转型，保障碳达峰、碳中和目标的实现，开发低成本、高性能的钠/钾离子电池等新型储能器件成为科研工作者关注的热点，以逐步实现适应能源转型的电力市场体系建设。为实现钠/钾离子的高效存储，研究者围绕碳基材料作为钠/钾离子电池负极进行了诸多研究，但仍存在着“高质量/体积比容量、高库伦效率、高循环稳定性”难以兼容等问题，极大的限制了钠/钾离子电池的研究和商业化进程。
针对上述问题，王焕磊教授课题组提供了有发展潜力的解决思路。鉴于碳基材料能够实现高效储钠/钾，通过提高碳基材料密度，实现了高质量和高体积容量的并存。与加拿大阿尔伯塔大学和青岛大学等单位合作开发出Ni-Ni3S2异质结构嵌入高密度碳基体实现复合负极材料的制备，碳基体和金属Ni纳米颗粒在两种尺度上提供了快速的电子传递途径，而丰富的强电场异质结促进了离子迁移和Na+/K+吸附，该工作所报道的空间限域的边对边策略可适用于构建各种用于先进储能器件的密集电极(图1)，为实现致密高能提供了新的指导（Adv. Funct. Mater. 2022, 2203291）。此外，该课题组联合美国德克萨斯大学奥斯汀分校等单位通过模仿粘胶纤维的商业生产工艺，制备了致密低表面积的硫氮共掺杂碳材料，基于高的堆积密度（商业活性炭的两倍）和高的表面蜂窝状缺陷结构，实现了高的库伦效率、高的体积容量以及长的循环稳定性，在组装的钾离子电容器中展示出优越的性能，该工作为构筑低成本且高效储能的钾离子电池用致密化碳负极材料提供了新思路（Carbon Energy. 2022, DOI: 10.1002/cey2.233）。
致密碳基复合材料的合成以及边对边策略示意图
上述系列工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金项目和中央高校基本科研业务费等项目的支持，与加拿大阿尔伯塔大学、青岛大学和美国德克萨斯大学奥斯汀分校等单位合作完成，中国海洋大学研究生为第一作者，中国海洋大学为第一通讯者单位。
近年来，王焕磊教授课题组围绕着钠/钾离子电池和电容器用高性能负极材料开展了一系列研究工作。部分研究成果陆续发表在Adv. Funct. Mater. (2022, 2203291), Carbon Energy (2022, DOI: 10.1002/cey2.233), J. Mater. Chem. A (2022, DOI: 10.1039/D2TA01833K), ACS Nano (2021, 15, 1652-1665), Energy Storage Mater. (2020, 27, 212-225), Nanoscale (2020, 12, 24477-24487; 2021, 13, 2389-2398; 2021, 13, 4911-4920 )等知名的材料和能源类期刊上。
图文：程广增
编辑：孙丽雯
