西安交大团队制备出新型复合材料：钾离子电池循环120次后，容量仍保持88%

以硫系为基础的钾离子电池阳极，一直以来由于具有较高的理论容量而受到越来越多的关注。但由于结构稳定性差，电导率低，反应表面电解液分解严重，电化学性能通常较差。

而清楚了解钾离子与电极材料活性物质之间的电化学反应机理与反应中间相的特征，是设计高性能电极材料的一大关键。

针对这些瓶颈与困惑，西安交通大学化学学院高国新副教授、丁书江教授与剑桥大学石墨烯中心郗凯博士合作，采用一种新颖的方法制备出氮掺杂碳包覆的铁基硫属族化合物二维纳米复合材料（FeS2@NC），表现出优异的钾离子电池性能和应用前景。

在他们的最新研究中，一种类似于“吹泡泡糖”的方法被用来制备出令人惊叹的PIB阳极，这些阳极具有超高的循环稳定性和增强的速率能力(在2 a g-1下超过5000次循环)。

研究人员采用了多种理论和实验方法来了解电极的性能。密度泛函理论计算表明，FeS2和FeS2对钾离子的吸附具有较高的亲和力。

原位XRD和非原位TEM分析证实了KxFeS2分子式中有几个中间相的形成。这些相电导率高、层间距离大，促进了钾的可逆插入，促进了电荷转移。同时，计算出的充放电过程中钾扩散系数进一步证明了这种增强的动力学。

此外，FeS2@NC阳极在全电池中也表现出高的循环稳定性：循环120次后容量保持88%，库仑效率为99.9%。

该研究不仅为克服PIB阳极中的一些挑战提供了一种方法，而且为全面理解钾与硫族化合物相互作用的机理和动力学提供了一种方法。相关成果近日发表在国际知名期刊《美国化学学会纳米》（ACS Nano）上，题为“Blowing Iron Chalcogenides into Two-Dimensional Flaky Hybrids with Superior Cyclability and Rate Capability for Potassium Ion Batteries”。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c06667