福建师大陈育明PNAS：高电子态活性位点的工程接触曲面界面实现高性能钾离子电池

钾离子电池（PIB）由于钾资源丰富且成本低廉而受到广泛关注，被认为是一种可持续的储能技术。然而，PIB中使用的石墨负极由于钾离子半径大而导致容量低和反应动力学缓慢。

在此，福建师范大学陈育明团队报道了氮掺杂、丰富缺陷的空心碳纳米球在碳纳米管(CNTs)上具有接触弯曲界面(CCIs)，即CCI-CNS/CNT，以促进电子转移和钾离子吸附。密度泛函理论计算证实，工程CCIs显著增强了费米能级附近的电子态，从而促进了电子转移。

此外，CCIs对钾离子表现出明显的亲和力，促进了钾离子的吸附，从而有利于钾离子的储存。结果表明，合理设计的CCI-CNS/CNT负极具有良好的循环稳定性和倍率性能。

图1. 电池性能

总之，该工作报道了工程CCIs使得碳质材料在费米能级附近的电子DOS得到了增强，并促进了其对碱金属离子的亲和力。基于此，该工作设计了具有碳纳米管上CCIs的NHG-CNSs。这些独特的特性使CCI-CNS/CNT负极具有优异的倍率性能、更高的可逆容量和更长的循环寿命(4 A g^-1下循环5000次)。因此，该项工作通过CCI工程提高碳质材料的储钾性能提供了一种方法，有望在其他电池系统中得到更广泛的应用。

图2. DFT计算

Engineering contact curved interface with high-electronic-state active sites for high-performance potassium-ion batteries , Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2023 DOI: 10.1073/pnas.2307477120

福建师大陈育明PNAS：高电子态活性位点的工程接触曲面界面实现高性能钾离子电池

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