深圳先進院高性能鉀離子電池負極材料研究取得進展

2020-12-05 全國能源信息平臺

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中國科學院深圳先進技術研究院材料所（籌）光子信息與能源材料研究中心在新型高性能鉀離子電池的負極材料研究方面取得新進展。

3月18日，中國科學院深圳先進技術研究院材料所（籌）光子信息與能源材料研究中心在新型高性能鉀離子電池的負極材料研究方面取得新進展：理論預言苯乙烯材料是一類非常有前景的鉀離子電池負極材料，基於大量的計算模擬數據指出苯乙烯材料在用作鉀離子電池負極材料時具有非常高的理論比容量和非常小的體積膨脹。相關成果以[n]Phenacenes: Promising Organic Anodes for Potassium-Ion Batteries（《苯乙烯：有前景的鉀離子電池負極材料》）為題發表在期刊Journal of Physical Chemistry C（DOI：10.1021/acs.jpcc.9b10930）上。

因為在成本和環境等方面的優勢，鉀離子電池被認為是鋰離子電池的最佳替代者之一，從而被廣泛研究；然而在負極材料端，因為鉀具有比鋰大的離子半徑，使得常用的石墨、矽和微納多孔等負極材料在嵌鉀時負極端膨脹過大從而導致儲鉀容量過低的問題。

為解決上述問題，深圳先進院博士鍾國華與其合作者基於高通量計算、第一性原理材料設計，提出了用苯乙烯材料用作鉀離子電池負極材料的想法。研究人員在由苯乙烯構成的多孔或層狀晶體材料中嵌入/脫出鉀離子，研究整個靜態和動態過程。大量數據結果指明，在苯乙烯類材料中嵌入鉀離子，理論比容量可高達700 mAh/g以上，且在嵌入/脫出鉀離子的過程中，材料的體積膨脹率小於50%。另外，該材料也具有較好的導電性和較小的開路電壓，使之提供較大電壓窗口。這些數據表明苯乙烯比石墨等材料在儲鉀和安全性等方面更具優勢，是一類非常有前景的鉀離子電池負極材料。

該研究得到深圳市基礎研究布局項目和孔雀計劃項目的資助支持。

苯乙烯材料（上）在嵌入鉀時的理論比容量（左下）和開路電壓（右下）與其它材料的對比

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