司利平Adv. Sci.：零应变储钾负极，10 A/g下稳定循环25000圈！

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司利平Adv. Sci.：零应变储钾负极，10 A/g下稳定循环25000圈！
钾离子电池（KIB）具有与锂离子电池相似的储能机制，但钾资源丰富，在大规模储能系统中显示出巨大潜力。近年来，研究的KIB负极材料主要包括碳材料、过渡金属氧化物和合金材料。无定形硬碳的综合性能最好，但其嵌入电位接近0V（相对于K+/K），容易造成K枝晶，带来安全风险。氧化物材料容量高，但嵌入电势高，首效低，并且循环不稳定。
佛山科学技术学院司利平等基于对钒氧化物K嵌入机理的理解，设计了一种新型具有双离子（Na+/K+）层状结构的零应变负极材料（NaK(VO3)2-V2O5）。
司利平Adv. Sci.：零应变储钾负极，10 A/g下稳定循环25000圈！
图1. 材料表征
具体而言，NaK(VO3)2-V2O5材料是由NaK合金与V2O5的一步固相混合合成的。其中，NaK(VO3)2材料具有均匀的大片状层间距结构（3.22A）和较好的[-2 2 1]晶体结构。通过O-V-O与双离子（Na+/K+）之间的支撑，可以实现K+的快速储存和扩散，而无需其它导电基材的改性。在晶体结构方面，即使层间的K+脱出，NaK(VO3)2晶体仍能在Na+作用下保持稳定。
司利平Adv. Sci.：零应变储钾负极，10 A/g下稳定循环25000圈！
图2. NaK(VO3)2-V2O5在循环过程中的结构演变
总体而言，通过晶体工程修饰，为具有均匀稳定层状结构的异质结构提供了丰富的活性中心，保证了较高的赝电容贡献率，加快了K+的扩散速度，加速了反应动力学。因此，NaK(VO3)2-V2O5具有优异的倍率性能（10 A g-1，可达25000次循环）。
此外，从X射线粉末衍射（XRD）测试中发现，该材料在充放电过程中没有相变，这证明获得了零应变负极。考虑到这些固有特性所赋予的优异性能，NaK(VO3)2-V2O5显示出商业负极材料的巨大潜力，并可能促进KIB的创新。
司利平Adv. Sci.：零应变储钾负极，10 A/g下稳定循环25000圈！
图3. NaK(VO3)2-V2O5的电化学性能
Dual-Ion Stabilized Layered Structure of O-V-O for Zero-Strain Potassium Insertion and Extraction. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202202550

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