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供稿：曹康哲
編輯：chen
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近年來鋰離子電池得到了廣泛應(yīng)用，但鋰資源豐度低、地域分布不均、價格昂貴等缺點，大大限制了鋰離子電池在規(guī)模儲能領(lǐng)域中的發(fā)展，這也促使人們試圖尋找一種新的電池技術(shù)來彌補(bǔ)鋰離子電池的短板。
鉀離子電池以其*的優(yōu)勢（如鉀資源豐富、分布均勻、價格低廉）脫穎而出，成為鋰離子電池的有力競爭者。然而現(xiàn)有的鉀離子電材料雖具有良好的儲鉀能力，但由于鉀離子半徑較大，儲鉀能力大多大打折扣。因此尋找合適的儲鉀材料成為發(fā)展鉀離子電池面臨的重要挑戰(zhàn)之一。
近日，信陽師范學(xué)院曹康哲博士與南開大學(xué)焦麗芳教授合作，將cuo納米片用作鉀離子電池負(fù)材料，并研究這種材料的工作機(jī)制及儲鉀性能，結(jié)果表明cuo納米片可作為鉀離子電池負(fù)材料且性能優(yōu)異。這項工作為拓展金屬氧化物在電池負(fù)材料的應(yīng)用開辟了新思路。
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成為負(fù)材料，cuo能行嗎？
研究人員之所以選擇cuo作為儲鉀負(fù)材料，是因為cuo廉價易得、容易制備、且化學(xué)穩(wěn)定性高。但作為鉀離子電池的負(fù)材料，cuo的儲鉀性能及其工作機(jī)制目前并不清楚。它真的能勝任嗎？
為探究以上問題，團(tuán)隊結(jié)合電化學(xué)方法和材料表征技術(shù)對鉀離子電池工作過程進(jìn)行驗證：一方面通過系列表征對cuo負(fù)材料的晶型、元素價態(tài)變化等進(jìn)行表征，包括horiba labram hr evolution拉曼光譜儀、xrd、xps等；另一方面利用sem、tem等對cuo負(fù)材料的微觀形貌及結(jié)構(gòu)演變進(jìn)行分析，雙管齊下。
研究結(jié)果表明cuo納米片在儲鉀過程中確實發(fā)生了轉(zhuǎn)化反應(yīng)：放電過程中cuo納米片轉(zhuǎn)化為納米cu單質(zhì)，充電過程中cu又生成了cu2o，并重組成納米片。這一過程明確了cuo納米片作為負(fù)材料的儲鉀機(jī)理，證明其確實可作為鉀離子電池的負(fù)材料。
cuo 納米片的xrd、xps、raman、afm、sem及tem表征結(jié)果
cuo納米片，儲鉀性能更優(yōu)異
在上述研究中，團(tuán)隊已經(jīng)證明了cuo納米片可以用作負(fù)材料，但它的儲鉀性能如何呢？
研究結(jié)果包含這樣2組數(shù)據(jù)：
充放電過程中cu2o和cu納米顆粒之間發(fā)生可逆轉(zhuǎn)化反應(yīng)，產(chǎn)生了374 mah g-1的理論比容量，相較于常見的石墨負(fù)提升了約100 mah g-1。
一般來說，電流密度越大電池容量越低。在0.2 ag-1的電流密度下，cuo納米片容量可達(dá)到342.5 mah g-1，即便在1.0ag-1電流密度下仍能達(dá)到206mah g-1，證明其擁有理想的電池容量。
比容量：指單位質(zhì)量或體積的電池或活性物質(zhì)所能放出的電量。
由上述兩部分驗證結(jié)果可知，cuo納米片儲鉀容量相較于常見碳電更為優(yōu)異，表明其有望發(fā)展成為理想的鉀離子電池負(fù)材料。這項研究為拓展金屬氧化物作為鉀離子負(fù)材料的研究開辟新思路。研究成果以《cuo nanoplates for high‐performance potassium‐ion batteries》為題在《small》發(fā)表。
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文章作者&論文直達(dá)
文章作者：kangzhe cao; huiqiao liu; wangyang li; qingqing han; zhang zhang; kejing huang; qiangshan jing; lifang jiao
doi:10.1002/smll.201901775.
致謝：曹康哲博士課題組提供論文
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