随着电子产品和电动汽车领域的迅速发展，电化学储能体系也显得尤为重要。其中，锂离子电池因其高能量密度和长循环稳定性得到大力发展。然而，锂资源的匮乏和分布不均匀限制了其在大规模储能系统中的应用。近年来，钾离子电池受到了越来越多的关注，因为钾资源丰富，同时在有机电解液体系中表现出比锂、钠更低的还原电位。但是，金属钾的活泼性很高，并且在充放电过程中同样存在枝晶问题，因此，探索合适的负极材料也较为关键。
VPO4作为负极材料在锂、钠离子电池中已经被广泛报道，但此前鲜有用于钾离子电池中。而且其也存在较多问题，包括放电过程的转化反应机制伴随较大的体积膨胀，以及磷酸盐类材料固有的导电性差等。
最近，中国科学技术大学的陈春华教授（点击查看介绍）课题组以层状的VOPO4•2H2O为原料，通过异丁醇的嵌入、剥离以及还原作用得到纳米花状的VOHPO4•xC4H9OH，并通过煅烧制备了原位碳包覆的VPO4。
将碳包覆的纳米花状样品（VPO4-F）应用在钾离子电池中，它展现出良好的电化学性能。在50 mA g-1的电流密度下具有400 mAh g-1的高比容量，首次库伦效率也达到64%；其循环稳定性和倍率性能也优于无碳包覆的样品，在5 A g-1的高电流密度下保持197 mAh g-1的比容量；此外，在500 mA g-1的大电流密度下循环500圈仍有263 mAh g-1的容量。同时，作者们通过一系列的非原位表征证明，在放电过程中生成K3PO4和V，确认了其充放电机理是通过转化反应进行的。
相关工作发表在Chemical Communications 上，文章的第一作者是中国科学技术大学的博士研究生廖家英。
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In situ carbon coated flower-like VPO4 as an anode material for potassium-ion batteries
Jiaying Liao, Qiao Hu, Jinxiao Mu, Xiaodong He, Shuo Wang, Jiemin Dong, Chunhua Chen*
Chem. Commun., 2019, 55, 13916-13919, DOI: 10.1039/c9cc06948h
导师介绍
陈春华
https://www.x-mol.com/university/faculty/73841
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