湖南大学刘继磊团队AFM：优化动力学以增强碳基阳极中的钾离子储存

传统石墨负极的缓慢动力学极大地限制了其快速充电能力，这对于钾离子电池（PIBs）的商业化至关重要。硬碳具有随机取向的假石墨微晶，可实现均匀的反应电流和优越的倍率性能。

在此，湖南大学刘继磊教授团队通过球磨将石墨和硬碳均匀混合，制备了一系列具有不同硬碳/石墨比例的杂化负极。通过组合相场模拟的综合实验结果表明，杂化负极具有均匀的反应电流和K⁺吸附硬碳与非钾化石墨之间的电位差。

混合负极中的均相反应电流促进了电极材料的充分利用，从而提高了可逆容量。目前K⁺吸附硬碳和非钾化石墨之间的电位差提供了额外的电场力，促进了K⁺从硬碳扩散到最近的相邻石墨中。

图1. 电极表面形貌

总之，该工作制备了一系列硬碳和石墨均匀混合负极，并对它们的电化学行为进行了详细的评估。通过综合电化学分析、先进的成像方法和模拟确定了硬碳和石墨之间的协同效应。反应电流的均匀分布促进了活性材料的利用，硬碳和非钾化石墨之间的电位差提供了有效的电场力，有利于钾离子插入石墨中。

结果显示，混合负极实现了优化的 K⁺扩散动力学和均匀的充电状态，具有增强的插层容量（0.1C 下为 305 mAh g^-1）和令人满意的循环性能（2C 下 350 次循环后容量保持率为 58.4%）。因此，该项工作更好地展示了混合负极中石墨和硬碳之间的协同效应，为开发高性能 PIB 铺平了道路。

图2 半电池的电化学性能

Optimizing Kinetics for Enhanced Potassium-Ion Storage in Carbon-Based Anodes, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202306190

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