湖南大学在碳化硅衍生碳用于电容储钾研究方面取得进展

钾离子电池被视作一种理想的电化学储能装置，其中采用碳基材料（石墨，软碳及硬碳等）作为钾离子电池负极的应用已经被广泛研究。然而，由于钾离子的原子尺寸较大，必然导致反复充放电过程中石墨材料出现巨大体积膨胀（≈ 61%）和结构的崩塌，进而导致电池的容量严重衰减及呈现为较差的循环稳定性。因此，寻求一种高效储钾且循环稳定的碳基负极材料成为了迫在眉睫的任务。

图1. 碳化硅衍生碳的电化学性能图。

近日，湖南大学先进炭材料研究中心李轩科教授在国际顶级期刊Advanced Functional Materials (影响因子：16.836) 上发表题为“Towards High-performance Capacitive Potassium-ion Storage: A Superior Anode Material from Silicon Carbide Derived Carbon with a Well-developed Pore Structure”的封面文章。该工作通过控制刻蚀温度合成了具有可控孔结构的碳化硅衍生碳材料(SiC-CDC)。其中900摄氏度处理下的碳化硅衍生碳负极材料（SiC-CDC-900），其具有高介孔孔容的发达孔结构及合适的比表面积，不仅提高了钾离子的有效吸附，显著缩短了电解液的渗透路径，还为钾离子的吸附提供了丰富的活性位点，从而促进了电容储钾动力学的进行。在电流密度为0.1 A g–1的条件下循环200圈后，SiC-CDC-900电极的可逆比容量高达284.8 mA h g–1;在电流密度为1 A g–1条件下循环1000圈后，它的可逆比容量为197.3 mA h g–1。这项工作为开发电容储钾的负极孔结构的设计提供了理论参考，并揭示了碳化物衍生碳基材料作为高性能钾离子电池负极的应用前景。

图2. 碳化硅衍生碳的储钾机理图。

该论文第一作者为湖南大学材料科学与工程学院博士研究生吴静，通讯作者为湖南大学李轩科教授、德国锡根大学杨年俊博士和武汉科技大学张琴副教授。