近日，中国科学院深圳先进设备技术研究院构建所功能薄膜材料研究中心研究员唐永炳及其团队牵头香港城市大学教授李振声顺利研发出高氮掺入的多孔微晶碳纳米材料，其作为钾离子电池负极展现出出有高容量和宽循环特性。涉及研究成果UltrahighNitrogenDopingofCarbonNanosheetsforHighCapacityandLongCyclingPotassiumIonStorage(《具备高容量宽循环储钾性能的低氮掺入碳纳米材料》)在线公开发表于材料期刊AdvancedEnergyMaterials(《先进设备能源材料》)。

由于钾储量非常丰富、与锂相似的标准氢电极电势(-2.93V)等特性，使得钾基储能器件在规模化储能领域具备较好的应用于前景。然而，由于钾离子的离子半径较小(1.38)，不仅妨碍了其在电极材料中的映射/瞬，动力学较慢，还不会造成电极材料再次发生较小的体积变化，使得循环稳定性较好。因此，亟需研发针对于钾离子存储的高效低成本电极活性材料。基于上述考虑到，唐永炳及其团队成员常兴奇、周小龙、欧学武等人顺利研发出高氮掺入的多孔微晶碳纳米材料，其多孔结构不利于钾离子的较慢蔓延，而所含大量微晶碳纳米片不利于钾离子的插层与导电。

研究指出：这种低氮掺入微晶碳纳米材料的电化学反应为蔓延反应与赝电容反应协同作用机理，其作为钾电负极具备~410mAh/g的高容量，并且在5Ag-1的大电流密度下共轭循环3000次后的容量维持率约为70%。该工作为设计高性能钾电负极材料获取了新策略。

该项研究获得国家自然科学基金、广东省国际合作项目、深圳市科技计划项目等资助。

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