武汉科技大学王玉华Carbon Energy综述:以碳材料为阳极的钠钾离子电池研究进展

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研究背景：

在现有的各种储能装置中，可充电电池满足几个重要的储能标准(低安装成本、高耐用性和可靠性、长寿命和高往返效率等)。目前，锂离子电池(LIBs)已经主要用于便携式电子装置。然而，移动电子装置和混合动力和电动汽车的迅速发展导致了对锂离子电池需求的激增。锂是一种储量不足的元素，仅占地壳的0.065%，分布不均匀(主要在南美洲)。对锂资源的需求正在增加，这势必导致锂价格飙升。此外，全球锂资源有限，锂资源难以回收。随着对锂资源需求的增加和供应能力的下降，最终，人类的需求将无法在未来得到满足。因此，迫切需要开发新的储能装置，如钠离子电池(SIBs)，钾离子电池(PIBs)等，并希望能够在大规模储能应用领域能够作为LIBs的补充，从而最大限度地减少对锂资源短缺的担忧。

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文章简介：

虽然LIB，SIBs 和 PIBs 具有相似的物理和化学性质以及相似的离子储存原理，但 SIBs 和 PIBs 的电极材料与 LIB 电极材料不具有有效的一致性。Na⁺比Li⁺具有更大的半径(1.02 vs 0.76 Å) ，从而导致了Na⁺导致缓慢的扩散动力学，这使得LIBs中性能优异的石墨电极的不适合 SIBs。这是因为锂离子可以插入石墨层之间，但是钠离子不能在大气压下到达这些地方。K⁺的半径是1.38 Å，比Na⁺的半径更大。由于高空间位阻，K⁺很难插入到电极材料中，导致电极材料的速率性能差、容量低、衰减快、循环稳定性差等问题。

因此，要实现 SIBs 和 PIBs 的商业化，必须为它们找到合适的电极材料，使 SIBs 和 PIBs 具有优良的电化学性能，近日，武汉科技大学王玉华教授课题组，详细调研总结了以碳材料为阳极的钠钾离子电池的研究进展，文章以“Research progress on carbon materials as negative electrodes in sodium‐and potassium‐ion batteries”为题目发表在Carbon Energy 上。

文章首先简单介绍了SIBs 和 PIBs的研究背景以及当前所面临的挑战，指出SIBs 和 PIBs能够成为LIBs的有效补充。以及碳材料具有丰富、廉价、环境友善高、电化学性能优异等特点，特别适用于SIBs 和 PIBs等阳极材料。然后，系统讨论了SIBs 和 PIBs碳阳极材料相关研究工作，包括石墨、硬碳、软碳、石墨烯和碳纳米管等。最后，对SIBs 和 PIBs碳阳极材料的发展现状和未来机遇进行了总结。该综述可为研究者们学习自然灵感，设计和开发新型高性能柔性锂离子电池提供参考。

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论文原文在线发表于Carbon Energy

论文标题：

Research progress on carbon materials as negative electrodes in sodium‐and potassium‐ion batteriesDOI:10.1002/cey2.221

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