【精彩回放+PPT·第5期】武汉理工大学肖治桐博士：K+/空位无序化层状氧化物实现高倍率大容量的钾离子电池

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第五期武汉理工大学肖治桐博士在《K+/空位无序化层状氧化物实现高倍率大容量的钾离子电池》报告中，详细阐述了关键设计策略：通过调控锰镍基层状氧化物中的K⁺含量，打破K⁺/空位有序结构以形成K⁺/空位无序结构，而且与K⁺/空位有序化的K_0.4Mn_0.7Ni_0.3O₂相比，K⁺/空位无序化的K_0.7Mn_0.7Ni_0.3O₂表现出更高的倍率性能和更高的放电容量。其中也结合了各种实验测试，例如原位X射线衍射表征，专业研究经验或许能开拓你的实验思路~

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回放链接

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本期回放·观看指引

报告嘉宾

2016年起在武汉理工大学纳米重点实验室攻读博士学位，师从麦立强教授，目前主要从事钾离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的相关研究。迄今为止已公开发表论文12篇，包括：Energy & Environmental Science, Matter, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, Journal of Materials Chemistry A,Science Bulletin等，被引频次超过200次。荣获2020年研究生国家奖学金，2018年校三好研究生。

报告摘要

由于丰富的钾资源以及低的钾金属氧化还原电势，使得钾离子电池（PIB）作为潜在的下一代储能系统受到了广泛的关注。作为PIB的重要组成部分，正极材料很大程度上决定了整个电池系统的电化学性能。在众多材料中，层状过渡金属氧化物得益于高的理论容量，适宜的工作电压和简易的合成工艺，成为最有商业化前景的正极材料之一。然而，慢的K⁺输运动力学和有限的K⁺储存位点导致了倍率性能差以及实际容量低的问题，严重阻碍了该材料在PIB中的实际应用。上述问题本质上归因于层状氧化物的K⁺/空位有序结构，其增加了部分K⁺的位点能，导致了高的K⁺扩散势垒和K⁺储存障碍，从而降低了K⁺的扩散系数并限制了K⁺的储存位点。因此，打破K⁺/空位有序结构以形成K⁺/空位无序结构对于改善层状氧化物的电化学性能具有重要意义。

本报告详细讲述了一种通过调控锰镍基层状氧化物中的K⁺含量成功设计并合成了一种K⁺/空位无序化结构的方法。研究发现当K⁺含量从0.4增加到0.7时，K_xMn_0.7Ni_0.3O₂的层间结构从K⁺/空位有序化演变为K⁺/空位无序化。与K⁺/空位有序化的K_0.4Mn_0.7Ni_0.3O₂相比，K⁺/空位无序化的K_0.7Mn_0.7Ni_0.3O₂表现出更高的倍率性能（2 A g^-1电流密度下为67.8 mAh g^-1）和更高的放电容量（0.1 A g^-1电流密度下为125.4 mAh g^-1）。此外结合各种实验测试，例如原位X射线衍射表征，和分子动力学模拟计算，深入研究了K⁺脱嵌/嵌入机理，以揭示K⁺/空位无序结构与K⁺输运动力学之间的内在联系。本发现为下一代高性能PIB的K⁺/空位无序化层状氧化物正极材料的合理设计提供了启示。

下期预告

第六期：2月10日（周四）19:00

报告嘉宾：赵长欣 博士（清华大学）

报告题目：锂硫电池正极：均相、异相、均相–异相催化

本期课件

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