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含鉀聚陰離子化合物由于其大尺寸離子傳輸通道和穩定的骨架結構，作為鈉離子電池負極材料具有很大潛力，然而鈉離子的儲存行為鮮有研究，且其機制尚不明確。

在此，武漢理工大學劉金平，鄭州大學王卓等人通過使用非干涉KTiOPO?薄膜，結合原位光譜學、像差校正電子顯微鏡和密度泛函理論DFT計算，全面揭示了Na⁺儲存機制。研究發現，K⁺/Na⁺離子交換不完全，最終剩余0.15?K⁺作為支柱來穩定隧道結構。

此外，支柱效應有效的將體積變化限制在了3.9%以內，遠小于K⁺（Na⁺）插入KTiOPO?（NaTiOPO?）時的9.5%（5%），從而實現了10,000次穩定循環。基于此，該粉末電極展現出與之相當的容量，并能在達到2.47?mAh?cm^?2的商用面容量條件下高效運行。

圖1. 準固態全電池的電化學性能

總之，該工作選用了3D無粘結劑的KTiOPO?薄膜進行了全面研究，以揭示含K宿主材料的鈉儲存機制。通過原位/非原位XRD表征，證明了Na⁺（脫）插層過程中逐步的雙相反應和固溶反應，并通過HAADF-STEM直接觀察到保持完整隧道框架的原子級鈉化/去鈉化結構。此外，KTiOPO?作為鋰宿主時，大尺寸的K⁺支柱效應也得到了驗證。

結果顯示，由于支柱效應，KTiOPO?在循環過程中僅具有約3.9%的體積變化，這一變化比NaTiOPO?中Na⁺插層的體積變化（5%）更小，實現了接近10,000次循環的超長循環穩定性（相較于NaTiOPO?的200個循環）。

因此，該工作通過詳細闡述含鉀宿主中鈉儲存的支柱效應，豐富了插層化學內容，并為理解含異質陽離子的宿主材料中的堿金屬離子儲存機制提供了深入的見解。

圖2. KTiOPO?/PVHNa-GPE/NVOPF@rGO軟包電池的制造、性能及安全性評估

Understanding pillar chemistry in potassium-containing polyanion materials for long-lasting sodium-ion batteries, Nature Communications 2024

原創文章，作者：zhan1，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2025/01/16/84ac4537ea/

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