材料科学与工程学院孙正明教授团队在长循环寿命钾离子电池负极材料方面取得进展

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日前，东南大学材料科学与工程学院孙正明教授和潘龙副研究员在钾离子电池用金属碲化物负极材料的筛选、验证、改性与长循环寿命等方面取得研究进展，相关成果以“Anchoring MOF-Derived ZnTe@C onto Elastic Ti₃C₂T_x MXene with 0D/2D Dual Confinement for Ultrastable Potassium-Ion Storage”为题发表在能源材料类顶级期刊《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上。

钾离子电池相较于锂离子电池，具有理论能量密度较高、成本低等综合优势，有望解决风能、太阳能等间歇性新能源的存储和利用问题。然而，现有钾离子电池负极材料通常存在循环寿命短、储钾容量低等主要问题，制约了钾离子电池的发展。

有鉴于此，本研究以高理论容量的金属碲化物负极材料体系为例，提出了“键能-钾化程度”的材料选择依据，并以此筛选出具有极低键能的碲化锌（ZnTe）作为新型钾离子电池负极材料，揭示了其转化型钾离子存储机制。在此基础之上，进一步提出了“零维/二维双重抑制”策略，利用零维碳包覆和二维Ti₃C₂T_x协同解决了ZnTe在钾离子存储过程中电荷传输慢、体积变化大等缺点，有效提升了ZnTe的结构稳定性和钾离子扩散动力学。以此构筑的ZnTe@C/MXene（ZCT）三元纳米复合材料表示出优异的可逆容量（408.0 mAh g⁻¹ @ 0.1 A g⁻¹)和出色的循环稳定性（230.2 mAh g⁻¹ @ 1.0 A g⁻¹，3500圈循环）。更重要的是，基于ZCT组装的钾离子全电池实现了110.3 Wh Kg⁻¹的高能量密度，初步验证了ZCT在实际应用中的价值。

图释 ZCT的（a）制备示意图及其（b）钾离子存储循环性能

东南大学材料科学与工程学院为该论文唯一完成单位，硕士生胡荣祥为第一作者，博士生沙大巍为共同第一作者，潘龙副研究员和孙正明教授为共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和中国科协青年人才托举工程项目的支持。

Rongxiang Hu, Dawei Sha, Xin Cao, Chengjie Lu, Yicheng Wei, Long Pan, ZhengMing Sun, Anchoring Metal-Organic Framework-Derived ZnTe@C onto Elastic Ti₃C₂T_x MXene with 0D/2D Dual Confinement for Ultrastable Potassium-Ion Storage, Advanced Energy Materials.

https://doi.org/10.1002/aenm.202203118

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2022-10-28