近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院先進(jìn)集成技術(shù)研究所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其團(tuán)隊，聯(lián)合澳大利亞格里菲斯大學(xué)教授張山青等，提出了一種局域有序石墨化策略，顯著提升了雙離子電池正極容量和動力學(xué)性能。相關(guān)研究成果以Locally Ordered Graphitized Carbon Cathodes for High-Capacity Dual-Ion Batteries為題，在線發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。

雙離子電池具有高工作電壓、低成本、環(huán)境友好等優(yōu)點，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，石墨正極較低的陰離子插層容量限制了雙離子電池的能量密度提升。因此，揭示限制石墨正極比容量發(fā)揮的深層次機(jī)理，進(jìn)而針對性開發(fā)具有高容量的正極材料，對提升雙離子電池能量密度具有重要意義。

唐永炳團(tuán)隊通過理論計算發(fā)現(xiàn)：在陰離子插層過程中，石墨正極層間范德華力以及陰離子間靜電排斥效應(yīng)逐漸提高了陰離子的插層電勢，從而限制了陰離子的插層比容量。因此，設(shè)計具有局域有序石墨化碳結(jié)構(gòu)（LOGC），有利于減少層間范德華力，并有助于改進(jìn)正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。結(jié)果表明，這類正極材料可顯著提升正極容量（232mAh g-1），并表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能（1000次循環(huán)容量無衰減）。該研究為發(fā)展高容量雙離子電池正極材料提供了有效的解決策略。

唐永炳、張山青為論文通訊作者，聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生楊凱、副研究員劉齊榮、助理研究員鄭勇平為論文的共同第一作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、廣東省科技計劃、深圳市科技計劃等的資助。

論文鏈接

（a）LOGC結(jié)構(gòu)及儲陰離子示意圖；（b）活性碳、LOGC以及石墨的儲陰離子電勢變化示意圖；基于LOGC正極的鉀基雙離子電池充放電曲線（c）以及長循環(huán)性能（d）