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赵学波科研团队的顾鑫副教授在JMC-A上发表钠离子和钾离子电池的最新研究结果

论文题目:Highly dispersed Zn nanoparticles confined in a nanoporous carbon network: promising anode materials for sodium and potassium ion batteries,Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6,17371-17377

     近年来,钠离子电池(SIBs)和钾离子电池(PIBs)因资源储量丰富、原材料价格低廉的优势引起了人们的广泛关注,有望成为代替锂离子电池(LIBs)的新一代蓄电池。但由于钠离子和钾离子的半径较锂离子的半径大,很多适用于锂离子电池电极材料并不能很好的实现钠离子和钾离子的脱嵌。因此,对具有优异电化学性能的电极材料的开发成为了学术界的研究重点。

     到目前为止,合金材料、碳材料、钛基氧化物、过渡金属氧化物/硫化物等材料在钠离子电池和钾离子电池负极材料上的应用已经有相关的报道,其中Si, Sn, Sb, P, Ge等合金材料等和碳材料相比具有更高的比容量引起了人们的广泛研究。但是,合金类材料的循环稳定性不理想,不能满足实际生产生活的需要。我们发现Zn可以在室温下和Na+/ K+发生合金化反应,然而,目前没有关于Zn作为钠离子电池电极材料的报道,并且,还没有实验证明钾离子电池中Zn和K+的可逆反应。鉴于此,赵学波科研团队的顾鑫副教授和研究生闫春柳、张莉等通过在惰性气氛中直接热处理含Zn的金属有机骨架化合物(MOFs),制备出了均匀分布Zn纳米颗粒的纳米多孔碳材料 (ZNP/C),并首次探究了其作为钠离子电池和钾离子电池的负极材料的电化学性能。ZNP/C具有高度分散的Zn纳米粒子、丰富的纳米多孔结构和大表面积等独特的结构特点,能有效提高反应活性,材料的稳定性,从而有效的提高了Na+/K+的存储性能。当作为钠离子电池负极材料时,在0.1 A g-1的电流密度下循环100圈后,具有 361 mA h g-1的可逆容量,并且在1 A g-1的大电流密度下循环1000圈,容量仍为 227 mA h g-1。该材料同时表现出优异的钾离子电池性能,在0.1 A g-1的电流密度下循环100圈,容量为200 mA h g-1。ZNP/C制备简单,循环稳定性好,是一种具有广泛应用前景的的新型电极材料。