碳達(dá)峰、碳中和“30·60”戰(zhàn)略目標(biāo)是我國新時期高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵目標(biāo)，先進(jìn)炭材料的設(shè)計與新型綠色儲能系統(tǒng)的開發(fā)是結(jié)合我校特色，實現(xiàn)雙碳目標(biāo)高效而可靠的途徑。目前，日益增長的能源需求亟需安全、廉價、可規(guī)模化的高性能電池技術(shù)的發(fā)展。鉀離子電池作為新興儲能體系，因鉀資源儲量豐富、氧化還原電勢較低等優(yōu)勢，在對體積能量密度要求不高的大型儲能領(lǐng)域表現(xiàn)出極具潛力的應(yīng)用前景。炭材料因其有物理化學(xué)性能穩(wěn)定、成本低、可設(shè)計性強(qiáng)的特點，被認(rèn)為是最具應(yīng)用潛力的鉀離子電池負(fù)極材料。開發(fā)高性能炭負(fù)極材料是發(fā)展高能量密度鉀離子電池的關(guān)鍵。
近日，中國礦業(yè)大學(xué)材料與物理學(xué)院青年教師陳亞鑫與鞠治成副教授在炭材料及儲能應(yīng)用領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。針對高缺陷炭負(fù)極電化學(xué)儲鉀容量與穩(wěn)定性難以兼顧的問題，報道一種原位缺陷選擇性調(diào)變與導(dǎo)電骨架搭建策略，通過熱力學(xué)與動力學(xué)雙重調(diào)控，提高缺陷炭負(fù)極電化學(xué)儲鉀綜合性能。
該工作基于氣體逸出與表面張力誘導(dǎo)作用，原位實現(xiàn)缺陷選擇性調(diào)變與類石墨骨架構(gòu)筑，獲得兼具高碳空位缺陷密度、高本征導(dǎo)電性的富缺陷炭納米片。結(jié)果表明，碳空位被證明具有相比于雜原子缺陷更高的儲鉀可逆性與更快的離子/電子動力學(xué)性質(zhì)，并且其周圍π-共軛結(jié)構(gòu)殼有助于進(jìn)一步構(gòu)建快速電子遷移通道。缺陷調(diào)變與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑的雙重設(shè)計是促進(jìn)富缺陷炭材料穩(wěn)定、快速電化學(xué)儲鉀的關(guān)鍵。熱力學(xué)與動力學(xué)雙重調(diào)控是提升炭負(fù)極電化學(xué)儲鉀性能的關(guān)鍵。并且相比于動力學(xué)過程，缺陷位點及其周邊環(huán)境的熱力學(xué)性質(zhì)對電化學(xué)儲鉀可逆性與倍率性能影響更大。相關(guān)研究為鉀離子電池炭負(fù)極材料設(shè)計相關(guān)基礎(chǔ)研究提供啟發(fā)性見解與理論支持，對實現(xiàn)高容量、高倍率、長壽命電化學(xué)儲能器件設(shè)計與應(yīng)用具有重要意義。
相關(guān)成果以“Defect-Selectivity and ‘Order in Disorder’ Engineering in Carbon for Durable and Fast Potassium Storage”為題發(fā)表于國際頂級綜合類學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials（IF=30.85），并被評選為Frontispiece。材料與物理學(xué)院陳亞鑫老師為論文第一作者，材料與物理學(xué)院鞠治成副教授與山東大學(xué)熊勝林教授為共同通訊作者，中國礦業(yè)大學(xué)為第一單位。
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