优秀！钾离子电池负极材料新发现：CuO纳米片|前沿用户报道

2020-12-11 16:26:30, HORIBA HORIBA（中国）

供稿：曹康哲

编辑：chen

图片来源：pixabay

近年来锂离子电池得到了广泛应用，但锂资源丰度低、地域分布不均、价格昂贵等缺点，大大限制了锂离子电池在规模储能领域中的发展，这也促使人们试图寻找一种新的电池技术来弥补锂离子电池的短板。

钾离子电池以其独特的优势（如钾资源丰富、分布均匀、价格低廉）脱颖而出，成为锂离子电池的有力竞争者。然而现有的钾离子电极材料虽具有良好的储钾能力，但由于钾离子半径较大，储钾能力大多大打折扣。因此寻找合适的储钾材料成为发展钾离子电池面临的重要挑战之一。

近日，信阳师范学院曹康哲博士与南开大学焦丽芳教授合作，将CuO纳米片用作钾离子电池负极材料，并研究这种材料的工作机制及储钾性能，结果表明CuO纳米片可作为钾离子电池负极材料且性能优异。这项工作为拓展金属氧化物在电池负极材料的应用开辟了新思路。

图片来源：pixabay

成为负极材料，CuO能行吗？

研究人员之所以选择CuO作为储钾负极材料，是因为CuO廉价易得、容易制备、且化学稳定性高。但作为钾离子电池的负极材料，CuO的储钾性能及其工作机制目前并不清楚。它真的能胜任吗？

为探究以上问题，团队结合电化学方法和材料表征技术对钾离子电池工作过程进行验证：一方面通过系列表征对CuO负极材料的晶型、元素价态变化等进行表征，包括HORIBA LabRAM HR Evolution拉曼光谱仪、XRD、XPS等；另一方面利用SEM、TEM等对CuO负极材料的微观形貌及结构演变进行分析，双管齐下。

研究结果表明CuO纳米片在储钾过程中确实发生了转化反应：首次放电过程中CuO纳米片转化为纳米Cu单质，充电过程中Cu又生成了Cu₂O，并重组成纳米片。这一过程明确了CuO纳米片作为负极材料的储钾机理，证明其确实可作为钾离子电池的负极材料。

CuO 纳米片的XRD、XPS、Raman、AFM、SEM及TEM表征结果

CuO纳米片，储钾性能更优异

在上述研究中，团队已经证明了CuO纳米片可以用作负极材料，但它的储钾性能如何呢？

研究结果包含这样2组数据：

充放电过程中Cu₂O和Cu纳米颗粒之间发生可逆转化反应，产生了374 mAh g^-1的理论比容量，相较于常见的石墨负极提升了约100 mAh g^-1。
一般来说，电流密度越大电池容量越低。在0.2 Ag-1的电流密度下，CuO纳米片容量可达到342.5 mAh g-1，即便在1.0Ag-1电流密度下仍能达到206mAh g-1，证明其拥有理想的电池容量。

比容量：指单位质量或体积的电池或活性物质所能放出的电量。

由上述两部分验证结果可知，CuO纳米片储钾容量相较于常见碳电极更为优异，表明其有望发展成为理想的钾离子电池负极材料。

这项研究为拓展金属氧化物作为钾离子负极材料的研究开辟新思路。研究成果以《CuO Nanoplates for High‐Performance Potassium‐Ion Batteries》为题在《Small》发表。

图片来源：pixabay

文章作者&论文直达

文章作者：Kangzhe Cao; Huiqiao Liu; Wangyang Li; Qingqing Han; Zhang Zhang; Kejing Huang; Qiangshan Jing; Lifang Jiao

DOI: 10.1002/smll.201901775.

论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.201901775

致谢：曹康哲博士课题组提供论文

注：如果您对本报道的研究方法感兴趣，希望联系作者，或者想对本研究拉曼光谱测试方法一探究竟，欢迎点击“阅读原文”留言，我们的拉曼应用专家将乐于为您提供解答服务。

今日话题

电池领域的研究一直是个热门话题，无论是锂电池还是钾离子电池，主要都是为了寻找价低、来源丰富且储能性能优越的材料。

如果您也在从事电池材料相关的研究，欢迎留言分享相关科研经验或思路，本文发出后3个工作日内留言获赞最多的读者将获得星巴克咖啡券一份~☕

>>>>

点击查看往期精彩文章

>>>> 免责说明

HORIBA Scientific公众号所发布内容（含图片）来源于原作者提供或原文授权转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，HORIBA Scientific 发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享，供读者自行参考及评述。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及进行处理。HORIBA Scientific 力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。

>>>> HORIBA科学仪器事业部

HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案，如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术，旗下Jobin Yvon光谱技术品牌创立于1819年，距今已有200年历史。如今，HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的选择，之后我们也将持续专注科研领域，致力于为全球用户提供更好的服务。