Small:新型MOF核壳异质结衍生磷化钴负极用于高性能钾离子存储

随着电动汽车、智能电网的快速发展,锂资源短缺及分布不均匀或成为制约锂离子电池应用的重要因素,寻找环境友好价格低廉的可替代储能体系刻不容缓。在这种情况下,丰度高的钾及相对应的钾离子电池体系受到了高度关注。相比报道广泛的钠而言,K+/K还原对的电势(–2.93 V vs. SHE)更低,因此,钾离子电池有望在低成本下提供更高的电压窗口和更高的能量密度。但是,其关键瓶颈问题是钾离子半径过大,在嵌入脱出负极材料时容易引起电极体积变化且动力学过程迟缓。所以寻找合适的负极材料成为了近年来相关研究的重点。

苏州大学能源学院、能源与材料创新研究院孙靖宇教授课题组近期报道了在钾离子电池体系中磷化钴作为负极材料的最新进展。针对钾电负极容量低、结构不稳定的问题,一方面通过选取具有高理论容量、高成本效益和良好的离子/电子导电性的磷化钴作为负极材料;另一方面构建ZIF-8@ZIF-67核壳MOF异质结作为模板,通过MOF衍生得到三维多孔氮掺碳包裹磷化钴材料(NC@CoP/NC),具有氮原子自掺杂和活性材料均匀分布的特点。这种独特的结构能够提供快速的钾离子传输动力学、便捷的电子传导途径和良好的机械稳定性,从而提高钾离子的存储性能。此外,结合第一性原理计算和间位表征测试分析,系统研究了磷化钴的钾离子存储机制。

该工作为开发高性能钾离子电池新型负极材料提供了借鉴和参考。相关研究论文在线发表于Small(DOI: 10.1002/smll.201906566)上,题为“ZIF-8@ZIF-67-Derived Nitrogen-Doped Porous Carbon Confined CoP Polyhedron Targeting Superior Potassium-Ion Storage”。易雨阳和赵文博士是论文的共同第一作者,孙靖宇教授为通讯作者。