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因鉀離子豐富的儲量、低廉的價格且較低的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，使得鉀離子二次電池受到廣泛關(guān)注。負極材料作為電池關(guān)鍵組成部分，對電池電化學(xué)性能起到?jīng)Q定作用。在鉀離子電池的負極材料中，碳基材料以其低廉的成本、豐富的前驅(qū)體資源和環(huán)境友好特性，被認為是極具前途的鉀離子電池負極材料之一。但是，碳基材料較低的比容量和緩慢的動力學(xué)反應(yīng)特性，嚴重阻礙了電池容量和能力密度的充分利用。因此，研究人員投入了大量的精力來優(yōu)化碳基負極材料的性能及揭示其潛在的儲能機制。

近日，青島大學(xué)賁昊璽團隊通過原位硫化方式制備了具有硫氮雙元素摻雜的三維多孔碳基負極材料。所制備的材料提供了豐富的鉀離子存儲位點，有效提升了鉀離子存儲的比容量。同時，通過有效調(diào)控缺陷位點，提升了鉀離子吸脫附的可逆性和動力學(xué)特性。在電流密度為在 0.2 A/g 時，具有高達328 mAh/g的比容量，并且在 1 A/g 時展現(xiàn)了超過 2000 次循環(huán)的超長循環(huán)穩(wěn)定性。相關(guān)成果發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》。

圖1 所制備材料的形貌結(jié)構(gòu)

圖2 材料的結(jié)構(gòu)表征

圖3 材料的電化學(xué)特性

圖4 材料的儲鉀機理分析

通過引入元素氮和硫不僅可以創(chuàng)造更多的活性位點、缺陷，同時可以有效的擴大層間距和提升離子導(dǎo)電性?；陔娮咏Y(jié)構(gòu)和表面的優(yōu)化，所制備的碳基材料展現(xiàn)出優(yōu)異的儲鉀特性。