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供稿：曹康哲

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近年來鋰離子電池得到了廣泛應(yīng)用，但鋰資源豐度低,、地域分布不均,、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，大大限制了鋰離子電池在規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域中的發(fā)展,，這也促使人們?cè)噲D尋找一種新的電池技術(shù)來彌補(bǔ)鋰離子電池的短板,。

鉀離子電池以其*的優(yōu)勢(shì)（如鉀資源豐富、分布均勻,、價(jià)格低廉）脫穎而出,，成為鋰離子電池的有力競(jìng)爭(zhēng)者,。然而現(xiàn)有的鉀離子電材料雖具有良好的儲(chǔ)鉀能力，但由于鉀離子半徑較大,，儲(chǔ)鉀能力大多大打折扣,。因此尋找合適的儲(chǔ)鉀材料成為發(fā)展鉀離子電池面臨的重要挑戰(zhàn)之一。

近日,，信陽師范學(xué)院曹康哲博士與南開大學(xué)焦麗芳教授合作,，將CuO納米片用作鉀離子電池負(fù)材料，并研究這種材料的工作機(jī)制及儲(chǔ)鉀性能,，結(jié)果表明CuO納米片可作為鉀離子電池負(fù)材料且性能優(yōu)異,。這項(xiàng)工作為拓展金屬氧化物在電池負(fù)材料的應(yīng)用開辟了新思路。

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成為負(fù)材料,，CuO能行嗎,？

研究人員之所以選擇CuO作為儲(chǔ)鉀負(fù)材料，是因?yàn)镃uO廉價(jià)易得,、容易制備,、且化學(xué)穩(wěn)定性高。但作為鉀離子電池的負(fù)材料,，CuO的儲(chǔ)鉀性能及其工作機(jī)制目前并不清楚。它真的能勝任嗎,？

為探究以上問題,，團(tuán)隊(duì)結(jié)合電化學(xué)方法和材料表征技術(shù)對(duì)鉀離子電池工作過程進(jìn)行驗(yàn)證：一方面通過系列表征對(duì)CuO負(fù)材料的晶型、元素價(jià)態(tài)變化等進(jìn)行表征,，包括HORIBA LabRAM HR Evolution拉曼光譜儀,、XRD、XPS等,；另一方面利用SEM,、TEM等對(duì)CuO負(fù)材料的微觀形貌及結(jié)構(gòu)演變進(jìn)行分析，雙管齊下,。

研究結(jié)果表明CuO納米片在儲(chǔ)鉀過程中確實(shí)發(fā)生了轉(zhuǎn)化反應(yīng)：放電過程中CuO納米片轉(zhuǎn)化為納米Cu單質(zhì),，充電過程中Cu又生成了Cu₂O，并重組成納米片,。這一過程明確了CuO納米片作為負(fù)材料的儲(chǔ)鉀機(jī)理,，證明其確實(shí)可作為鉀離子電池的負(fù)材料。

        CuO 納米片的XRD,、XPS,、Raman、AFM,、SEM及TEM表征結(jié)果

CuO納米片,，儲(chǔ)鉀性能更優(yōu)異

在上述研究中,，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明了CuO納米片可以用作負(fù)材料，但它的儲(chǔ)鉀性能如何呢,？

研究結(jié)果包含這樣2組數(shù)據(jù)：

• 充放電過程中Cu₂O和Cu納米顆粒之間發(fā)生可逆轉(zhuǎn)化反應(yīng),，產(chǎn)生了374 mAh g^-1的理論比容量，相較于常見的石墨負(fù)提升了約100 mAh g^-1,。

• 一般來說,，電流密度越大電池容量越低。在0.2 Ag-1的電流密度下,，CuO納米片容量可達(dá)到342.5 mAh g-1,，即便在1.0Ag-1電流密度下仍能達(dá)到206mAh g-1，證明其擁有理想的電池容量,。

比容量：指單位質(zhì)量或體積的電池或活性物質(zhì)所能放出的電量,。

由上述兩部分驗(yàn)證結(jié)果可知，CuO納米片儲(chǔ)鉀容量相較于常見碳電更為優(yōu)異,，表明其有望發(fā)展成為理想的鉀離子電池負(fù)材料,。

這項(xiàng)研究為拓展金屬氧化物作為鉀離子負(fù)材料的研究開辟新思路。研究成果以《CuO Nanoplates for High‐Performance Potassium‐Ion Batteries》為題在《Small》發(fā)表,。

         圖片來源：pixabay

文章作者&論文直達(dá)

文章作者：Kangzhe Cao; Huiqiao Liu; Wangyang Li; Qingqing Han; Zhang Zhang; Kejing Huang; Qiangshan Jing; Lifang Jiao

DOI: 10.1002/smll.201901775.

致謝：曹康哲博士課題組提供論文

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