AEM:锂、钠、钾在硬碳中的嵌入机制
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硬碳材料凭借其高稳定性、低成本以及优异的电化学性能等成为二次钠电池和钾电池之中最具希望的负极材料。理解载流子的储存机制对于开发具有优异电化学性能的电极材料至关重要。不过，对于硬碳来说，由于其结构复杂性使得其储能机制成为了争论的焦点。近日，韩国成均馆大学Jaehoon Kim和蔚山国家科技研究所Sang Kyu Kwak等对Li+、Na+和K+在硬碳负极中的储存机理进行了系统深入的研究。
本文要点
1) 研究人员利用非原位实验手段对载流子嵌入脱出过程中硬碳负极的结构变化进行了详细研究。结果表明在斜坡电压区Li+/Na+和K+的存储都是基于表面活性位点（如缺陷、边缘和残余异质原子等）对离子的吸附实现的。在低电压的平台区离子会在石墨化碳层之间发生嵌入。
2) 研究人员基于上述机制通过一种新型的恒电流恒电压手段实现了硬碳负极储能容量的最大化。通过制备具有扩大层间距和丰富微孔结构的硬碳材料研究人员对于不同活性位点对载流子的储存能力进行了探讨。非原位X射线衍射、非原位固态核磁共振光谱、恒电流滴定技术等实验结果与理论计算结果均发现Li+、Na+和K+在硬碳的石墨化晶区中的嵌入电压分别为0.0V、0.1V和0.25V。
3) 此外，研究人员还首次发现在硬碳电极表面会形成锂团簇而不是锂向内部微晶相扩散，这种0V的锂嵌入机制就是硬碳在锂电池中的低电压平台区的容量来源。
Stevanus Alvin et al, Revealing the Intercalation Mechanisms of Lithium, Sodium, and Potassium in Hard Carbon, Advanced Energy Materials, 2020
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202000283
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