慈立杰：一种用于钾离子电池的三明治结构FeCl3@C高性能正极材料

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近日，山东大学慈立杰教授课题组在Advanced Materials上发表近期工作，文章首次报导将与FeCl3结合的夹层状膨胀石墨（FeCl3-EG）作为正极材料用于钾离子电池,得益于这种独特的结构使得该电池在50 mA g−1的电流密度下具有269.5 mAh g−1的容量，甚至在5000 mA g−1的电流密度下具有133.1 mAh g−1的容量。此外，该电池具有出色的循环性能，能够在2000 mA g−1的超高电流密度下循环1200次仍然能保持初始容量70.38%。

随着全球对能源短缺和环境污染的日益关注，开发具有高能量效率的可持续能源变得至关重要和紧迫。然而，在便携式电子设备市场占据主导地位的可充电锂离子电池，由于锂资源的严重不足和分配不均衡，对大多数工业应用来说，成本仍然过高。因此，研究人员对地球上储量丰富的高性能金属离子电池有着极大的兴趣，如钠离子电池、钾离子电池、铝离子电池和镁离子电池。最近，钾离子电池以其巨大的储存量和钾的广泛分布为受到了广泛的关注。因为钾的还原电位接近锂与其电化学行为相似。目前能够作为钾离子电池的负极材料的有层状氧化物、有机固体和有机聚合物等。对于正极材料有几种碳基材料被报导，但是它们的倍率性能和循环性能任然不尽如人意。石墨层间化合物是通过将不同种类的化学物质插入相邻的石墨层中形成的，这种材料具有更大的层间间距且具有良好的电导性，引起人们的广泛关注。目前这种材料在锂离子电池仅有很少的应用，在钾离子电池中还处于空白阶段。在这篇文章中，作者采用三明治结构FeCl3-EG作为钾离子电池的正极材料使得该电池具有出色的倍率性能和循环性能，为钾离子电池的下一步发展奠定了基础。

研究人员通过两步法合成了用于钾离子电池的新型正极材料FeCl3-EG。与以往报道的钾离子电池正极材料相比，FeCl3-EG电极显示出优异的倍率性能和更稳定的循环性能。FeCl3-EG的独特结构还可以缓冲钾离子嵌入嵌出过程中FeCl3的体积变化，有利于循环稳定性。此外，与传统的碳负载，涂覆和混合方法相比，这种方法制备的FeCl3夹层状膨胀石墨的方法提供了更稳定的缓冲框架。这项工作为制备高性能钾离子电池正极材料提供了一种很有前景的方法。此外，这种夹层状的材料也可以作为钠离子电池，超级电容器和电化学催化剂的潜在候选者。

Sandwich-Like FeCl3@C as High-Performance Anode Materials for Potassium-Ion Batteries（Advanced Materials，2018，DOI: 10.1002/admi.201800606）

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/admi.201800606%4010.1002/%28ISSN%291521-4095.hottopic-carbon?af=R