［本站訊］近日，材料學(xué)院慈立杰教授課題組在高性能鉀離子電池負極材料研究方面取得重要進展，相關(guān)研究成果以“Hierarchically porous carbon supported Sn4P3as a superior anode material for potassium-ion batteries”為題發(fā)表在能源材料類重要刊物Energy Storage Materials（2019,https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.04.037，即時因子=13.31）上。文章第一作者為2016級博士研究生李德平，材料學(xué)院慈立杰教授和司鵬超副教授為共同通訊作者，山東大學(xué)為第一作者單位。

近年來，隨著便攜式電子設(shè)備、電動汽車和大規(guī)模能量存儲系統(tǒng)的快速發(fā)展，對儲能器件的能量密度和功率密度提出了更高的需求。目前，鋰離子電池（LIB）的應(yīng)用最為廣泛，但是由于鋰資源的地殼儲量較低（~17ppm）且地理分布不均（~70%分布于南美洲），鋰離子電池的成本逐年升高，從而限制了其在大規(guī)模用電設(shè)備中的應(yīng)用。相比之下，同為堿金屬元素的鉀也具有與鋰相似的電化學(xué)性質(zhì)，而且其地殼豐度（~15000oon）也遠高于鋰。從而使鉀離子電池（PIB）引起了研究者們的廣泛關(guān)注。然而，目前大量報道的碳基負極材料的容量普遍不高，但循環(huán)穩(wěn)定性較好，而非碳基材料（如合金型負極和相轉(zhuǎn)變型負極）雖然具有較高的理論容量，但由于鉀離子半徑較大（1.38?，鋰離子半徑0.76&?），電極材料在儲鉀過程中會面臨著嚴重的體積膨脹，往往表現(xiàn)出較差的倍率性能和較短的循環(huán)壽命。因此，構(gòu)筑碳基-非碳基復(fù)合材料是一種制備高性能鉀離子電池負極行之有效的策略。

在慈立杰教授和司鵬超副教授的指導(dǎo)下，李德平等人以檸檬酸亞錫二鈉為前驅(qū)體，通過煅燒和溶解熱法，得到了多級孔結(jié)構(gòu)碳包覆的Sn4P3@C復(fù)合電極材料。該材料在作為鉀離子電池負極材料時，表現(xiàn)出了優(yōu)異的儲鉀性能：高可逆容量、優(yōu)異的倍率性能和長循環(huán)穩(wěn)定性。此外，研究人員還通過GITT（恒電流間歇滴定）和非原位XRD等手段對Sn4P3@C電極的儲鉀機理和優(yōu)異的電化學(xué)性能進行了深入探究。該研究工作為大規(guī)模儲能系統(tǒng)的開發(fā)和探究提供了可鑒之道，尤其對于堿金屬離子電池（鋰離子、鈉離子、鉀離子和鋅離子等）高性能電極材料的研究有較大的參考價值和指導(dǎo)意義。

此外，在實現(xiàn)了錫基材料的磷化之后，鑒于二硫化錫在鈉離子電池中的優(yōu)異電化學(xué)性能，在慈立杰教授和司鵬超副教授的指導(dǎo)下，李德平等人同時在Sn@C復(fù)合材料的基礎(chǔ)上嘗試了SnS2@C復(fù)合材料的制備，研究發(fā)現(xiàn)球形錫顆粒在硫化過程會取向生長變?yōu)槠瑺钚蚊?，從而刺穿碳包覆殼層，?dǎo)致電化學(xué)性能變差?；诖?，研究人員設(shè)計了石墨烯表面限域策略，成功實現(xiàn)了SnS2顆粒的形貌調(diào)控和有效碳包覆，并在鈉離子電池和鉀離子電池中表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。相關(guān)研究成果發(fā)表于化學(xué)類頂級刊物ChemSusChem（2019, https://doi.org/10.1002/cssc.201900719，影響因子=7.411）。

近年來，依托于山東大學(xué)以及材料學(xué)院良好的研究平臺，慈立杰教授所帶領(lǐng)的山東大學(xué)-萊斯大學(xué)碳納米材料研究中心在新型儲能器件方面取得了一系列研究進展，先后在Adv. Energy Mater.、Energy Storage Mater.、ACS Nano、Nano Energy、J. Mater. Chem. A、ACS Appl. Mater. Interfaces、Nano Research、ChemSusChem、Nanoscale等材料類國際知名期刊上發(fā)表多篇論文，受到國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。

山東大學(xué)-萊斯大學(xué)碳納米材料研究中心自成立以來得到了山東大學(xué)材料學(xué)院、科學(xué)技術(shù)研究院和國際事務(wù)部的持續(xù)支持。上述研究也得到了山東省自然基金、山東省泰山學(xué)者計劃、山東省重點研發(fā)計劃以及山東大學(xué)自主創(chuàng)新項目的支持。