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?福建師大陳育明PNAS：高電子態活性位點的工程接觸曲面界面實現高性能鉀離子電池

鉀離子電池（PIB）由于鉀資源豐富且成本低廉而受到廣泛關注，被認為是一種可持續的儲能技術。然而，PIB中使用的石墨負極由于鉀離子半徑大而導致容量低和反應動力學緩慢。

在此，福建師范大學陳育明團隊報道了氮摻雜、豐富缺陷的空心碳納米球在碳納米管(CNTs)上具有接觸彎曲界面(CCIs)，即CCI-CNS/CNT，以促進電子轉移和鉀離子吸附。密度泛函理論計算證實，工程CCIs顯著增強了費米能級附近的電子態，從而促進了電子轉移。

此外，CCIs對鉀離子表現出明顯的親和力，促進了鉀離子的吸附，從而有利于鉀離子的儲存。結果表明，合理設計的CCI-CNS/CNT負極具有良好的循環穩定性和倍率性能。

圖1. 電池性能

總之，該工作報道了工程CCIs使得碳質材料在費米能級附近的電子DOS得到了增強，并促進了其對堿金屬離子的親和力。基于此，該工作設計了具有碳納米管上CCIs的NHG-CNSs。這些獨特的特性使CCI-CNS/CNT負極具有優異的倍率性能、更高的可逆容量和更長的循環壽命(4 A g^-1下循環5000次)。因此，該項工作通過CCI工程提高碳質材料的儲鉀性能提供了一種方法，有望在其他電池系統中得到更廣泛的應用。

圖2. DFT計算

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

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