南京师范大学周小四教授团队在钾离子电池正极材料研究获进展
近日，南京师范大学化学与材料科学学院周小四教授/廖家英讲师团队采用溶剂热方法合成了不同形貌的KFeSO4F（KFSF），并通过调控KFSF成核/生长速度制备了碳纳米管原位穿插的KFSF微球。作为钾离子电池正极材料时，碳管穿插的KFSF微球显示出优异的钾存储性能。相关成果以“Robust carbon nanotube-interwovenKFeSO4F microspheres as reliable potassium cathodes”为题发表在国际综合性权威期刊Science Bulletin（IF = 20.577）上（Science Bulletin, 2022, 67 (21), 2208–2215）。
近年来，钾离子电池由于资源丰富且具有与锂离子电池相近的工作原理与性能，在大规模储能领域拥有广阔的应用前景。在众多正极材料中，Fe基聚阴离子型电极材料由于其具有廉价、环保、结构稳定性好等优势，一直是研究工作的热点。本文选取一种具有三维开放式结构的KFSF材料作为研究对象，针对该材料热稳定性和电子导电性差的缺陷，采用溶剂热方法在较低温度下合成了不同形貌的KFSF正极，并通过调控KFSF成核/生长速度，获得了碳纳米管原位穿插的KFSF微球。二甘醇中醚基的强结合能降低了KFSF的成核和生长速率，使其能原位生长在碳纳米管上并交织组装成KFSF微球，改善了KFSF的电子导电性。同时，透射电镜与理论计算等分析表明二甘醇中获得的KFSF选择性地暴露了较多（100）晶面，有助于钾离子的快速传输。
相关电化学测试表明碳管穿插的KFSF微球作为钾离子电池正极材料时表现出优异电化学性能，具有110.9 mAh g−1的高比容量和3.73 V的平均工作电压，对应的质量能量密度可达413.7Wh kg−1。此外，由于微球状形貌具有较高的堆积密度，碳管穿插的KFSF微球的体积能量密度是目前铁基正极材料中最高的。值得一提的是，在3 C电流密度下经历2000次循环后仍有93.9%的容量保持率，这表明碳管穿插的KFSF微球作为钾离子电池正极材料时具有巨大的应用潜力。
化科院青年教师廖家英和清华大学胡乔博士是该论文的共同第一作者，周小四教授为唯一通讯作者，南京师范大学为第一署名单位。
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