钾离子电池研究中取得新进展

2022-05-16 13:27:12

近日，前沿交叉科学青岛研究院分子科学与工程研究院吴昊、邓伟侨教授团队在钾离子电池储能研究中取得新进展，相关成果以“Homologous MXene-Derived Electrodes for Potassium-Ion Full Batteries”为题发表在国际期刊Advanced Energy Materials（化学一区，IF：29.368），并被选为封底。山东大学为该论文的第一完成单位，前沿交叉科学青岛研究院2019级博士生孙兰菊为第一作者，吴昊教授为通讯作者。

由于钾元素储量丰富（约为锂的850倍）且氧化还原电位较低（与锂接近），因此钾离子电池被视为下一代储能系统的重要组成之一，其电极材料的研发也备受关注。研究表明，由金属离子/团簇与有机配体通过共价键连接组成的金属有机骨架（MOF）是一类极具潜力的电极材料。但MOF节点处的原子通常为饱和配位，导致了较低的钾离子吸附能，从而极大地限制了其应用。该项研究针对MOF材料用于钾离子电池时钾离子吸附能偏低的问题，提出解锁部分MOF节点策略用于提高钾离子吸附能，从而实现钾离子存储容量的大幅提升。首先，以二维碳化钒MXene为前驱体制备出MOF纳米片，随后通过可控处理实现部分节点的解锁，将其作为负极时比容量得到显著提高。密度泛函理论计算表明，解锁的节点处钾离子吸附能明显增大，从而解释了容量提升的根本原因。此外，该负极与同源MXene制得的钾插层氧化钒纳米带正极组装的全电池也展现出较高的能量密度和功率密度。本工作为高性能钾离子电极材料的开发提供了重要参考价值，同时拓展了MXene材料的应用。

上述工作得到山东大学齐鲁青年学者项目，山东省自然科学基金，以及国家重点研发计划和山东省中央引导地方科技发展资金项目等的资助。（来源：山东大学）