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傳統石墨負極的緩慢動力學極大地限制了其快速充電能力，這對于鉀離子電池（PIBs）的商業化至關重要。硬碳具有隨機取向的假石墨微晶，可實現均勻的反應電流和優越的倍率性能。

在此，湖南大學劉繼磊教授團隊通過球磨將石墨和硬碳均勻混合，制備了一系列具有不同硬碳/石墨比例的雜化負極。通過組合相場模擬的綜合實驗結果表明，雜化負極具有均勻的反應電流和K⁺吸附硬碳與非鉀化石墨之間的電位差。

混合負極中的均相反應電流促進了電極材料的充分利用，從而提高了可逆容量。目前K⁺吸附硬碳和非鉀化石墨之間的電位差提供了額外的電場力，促進了K⁺從硬碳擴散到最近的相鄰石墨中。

圖1. 電極表面形貌

總之，該工作制備了一系列硬碳和石墨均勻混合負極，并對它們的電化學行為進行了詳細的評估。通過綜合電化學分析、先進的成像方法和模擬確定了硬碳和石墨之間的協同效應。反應電流的均勻分布促進了活性材料的利用，硬碳和非鉀化石墨之間的電位差提供了有效的電場力，有利于鉀離子插入石墨中。

結果顯示，混合負極實現了優化的 K⁺擴散動力學和均勻的充電狀態，具有增強的插層容量（0.1C 下為 305 mAh g^-1）和令人滿意的循環性能（2C 下 350 次循環后容量保持率為 58.4%）。因此，該項工作更好地展示了混合負極中石墨和硬碳之間的協同效應，為開發高性能 PIB 鋪平了道路。

圖2 半電池的電化學性能

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

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