曹安民/宾德善EES：基于单原子硫复合材料的高容量快速储钾负极

由于钾离子的大体积、重质量，为钾离子电池(KIBs)追求具有突出综合性能的可靠负极仍然是一项艰巨的挑战。通常情况下，高容量的钾存储会导致电极严重的体积膨胀和不稳定性的升高。

图1. 材料制备及表征

中科院化学所曹安民、暨南大学宾德善等发现一种单原子硫复合材料可以作为高性能的KIBs负极，其具有良好的容量、循环和倍率性能组合。具体而言，通过对选定的前体进行简单的低温热解，高含量（约32wt%）的单原子硫可以被共价键入多壳空心纳米球（ASHCs）的碳晶格。

单原子硫的超强氧化还原反应性以及由此产生的S/C复合材料的多孔结构，不仅可以实现快速的表面主导的储钾，而且还可以确保其结构的弹性，从而实现高比容量，同时具有出色的倍率和令人印象深刻的循环性。

图2. 储钾性能研究

受益于上述优势，合理设计的ASHCs负极表现出前所未有的高初始容量（30 mA g^-1时为686 mAh g^-1）、卓越的倍率能力（1.5 A g^-1时为373 mAh g^-1）和出色的循环性（在1 Ag^-1时400次循环中容量衰减率低至∼0.03%，同时具有约99.5%的优越库伦效率）。该研究为设计高性能的单原子硫复合体以获得可靠的KIBs负极开辟了一条便捷的途径，并为钾硫电化学提供了新的视角。

图3. 储钾机制研究

Surface-Dominated Potassium Storage Enabled by Single-Atomic Sulfur for High-Performance K-Ion Battery Anode. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d3ee00073g

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