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新聞網(wǎng)訊 可充電鉀基儲(chǔ)能器件具有無毒、安全、豐度高等突出優(yōu)勢，是極具應(yīng)用潛力的新一代儲(chǔ)能體系。然而，由于鉀離子尺寸較大，在多次充電/放電過程中往往會(huì)造成較大的晶格應(yīng)變，造成電極材料粉化和較差的循環(huán)穩(wěn)定性，這使得面對可充電鉀基儲(chǔ)能器件的電極材料設(shè)計(jì)充滿挑戰(zhàn)。

鑒于此，物理科學(xué)學(xué)院教授李洪森設(shè)計(jì)并研發(fā)了一類具有中空棱柱結(jié)構(gòu)的FeTiO₃儲(chǔ)鉀材料，并明晰了其儲(chǔ)鉀機(jī)制。相關(guān)研究成果以“Understanding the predominant potassium-ion intercalation mechanism of single-phased bimetal oxides by in situ magnetometry”為題發(fā)表在國際頂刊《Nano Letters》上。青島大學(xué)為獨(dú)立完成單位，李洪森為通訊作者，課題組研究生趙忠晨（被復(fù)旦大學(xué)錄取攻讀博士學(xué)位）、張昊（被復(fù)旦大學(xué)錄取攻讀博士學(xué)位）、李菲（被南開大學(xué)錄取攻讀博士學(xué)位）為共同第一作者。

在該項(xiàng)研究中，李洪森及團(tuán)隊(duì)成員通過多種實(shí)驗(yàn)表征以及相關(guān)理論計(jì)算闡明了FeTiO₃材料在儲(chǔ)鉀中以嵌入機(jī)理為主，伴隨少量轉(zhuǎn)化反應(yīng)，與FeTiO₃材料儲(chǔ)鋰和儲(chǔ)鈉過程轉(zhuǎn)化型機(jī)理有著本質(zhì)的區(qū)別，這是由于K離子嵌入時(shí)Fe原子周圍的再雜化程度高于其他金屬離子（如Li和Na）所導(dǎo)致。得益于特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，中空棱柱FeTiO₃材料在鉀離子嵌入/脫嵌過程中表現(xiàn)出快速的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了高能量密度（217 Wh kg^-1）、高功率密度（5000 W kg^-1）以及出色的循環(huán)穩(wěn)定性（在1000 mA g^-1下循環(huán)10000次后容量保持率>92%）。該工作揭示了一種全新的以嵌入機(jī)理為主，伴隨少量轉(zhuǎn)化的儲(chǔ)鉀機(jī)制，并為設(shè)計(jì)制備具有優(yōu)異電化學(xué)性能的可充電鉀基儲(chǔ)能器件電極材料提供了重要理論依據(jù)。

論文信息：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03849.