由高丽大学化学与生物工程系的Yu Seung-ho教授（第一作者：Kim Ai-hua博士）领导的团队与元哲·朴教授（第一作者：Choi Ju-hyung博士）领导的首尔国立大学团队和Back Seo-in教授（第一作者：Jung Hyun-Dong，硕士课程）领导的西江大学团队合作，制造具有阶梯边缘的氮硫共掺杂石墨烯纳米带， 阐明钾电池的迁移势垒，增强钾电池的电化学性能。
研究结果于3月26日发表在国际领先的《储能材料》（IF=17.789）杂志上。
由于对锂的需求不断增长，商用锂离子电池的成本一直在增加，这凸显了开发大容量非锂电池作为替代品的必要性。钾已经显示出希望，因为它是负担得起的，丰富的，并且具有接近锂离子（-3.04V）的低氧化还原电位（-2.93V）。化学稳定且重量轻的碳基纳米材料是钾电池中使用的常用负极材料。然而，钾离子的电化学插层和去插层之间的高能量势垒诱导吸附/解吸反应，导致钾离子仅储存在碳表面，降低了电池组装过程中的能量密度。因此，钾的平滑插层/去插层对于获得高性能钾电池非常重要。
掺杂氮和硫的石墨烯结构可有效提高电化学性能，但石墨烯的无序排列导致电荷在快速充电速度下储存在石墨烯表面。本研究通过对碳纳米管进行电化学解压缩，使石墨烯纳米带具有井然有序的阶梯边缘，降低了钾离子在充放电反应之间的高能垒，从而实现了高性能的钾离子电池。
Yu Seung-ho教授的团队利用各种电化学分析验证了氮硫共掺杂石墨烯纳米带增强的电化学性能，建立了高性能钾电池系统。即使在高速充电下，也能保持较低的工作电压，并且在500次充电/放电循环后系统保持稳定。通过DFT计算了氮硫掺杂后钾离子的迁移势垒，为电池的高电化学性能奠定了理论依据。所制造的负极材料以其优异的性能，在钾电池的发展中显示出希望。
高丽大学教授Yu Seung-ho说：“这项研究表明，掺杂其他元素的石墨烯材料可以用作钾离子电池的负极材料。掺杂各种元素并开发具有有序结构的碳材料将进一步提高下一代电池的性能。
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