近日，環化學院張海嬌教授課題組在材料領域的國際高水平期刊《Advanced Functional Materials》（IF=19.924）上分別發表題為“Fundamental understanding and facing challenges in structural design of porous Si-based anodes for lithium-ion batteries”的綜述文章和“Hydrated Bi-Ti-bimetal ethylene glycol: a new high-capacity and stable anode material for potassium-ion batteries”的研究論文。

新能源的研究和開發已成為我國實現碳達峰和碳中和重大戰略目標的關鍵。作為最有應用價值的電化學儲能設備之一🐭，鋰離子電池憑借其無可比擬的優勢，依然是能源市場的主力。其中🉐，矽基負極材料由於矽本身的超高理論容量和豐富的自然儲備，在鋰離子電池應用中發揮著舉足輕重的作用𓀉。然而🧏🏿‍♀️，體相的矽材料因為低的電導、緩慢的反應動力學和巨大的體積膨脹效應等問題，已難以滿足當前的商業需求🤱🏽。特別是多孔結構的構建已被視為解決上述問題的有效途徑🙆🏿‍♀️。在該綜述中，作者系統總結了多孔矽基負極材料的精細化設計🕡，包括合成方法、形貌和結構的調控、組成的管理及其在鋰離子電池中的應用等😙，並重點概述了矽基多孔材料不同孔參數的調控；同時還深入討論了電極厚度與曲折度/孔隙率之間的關系以及孔結構與電化學性能之間的關系等🐟。最後🤽🏻‍♂️，簡要介紹了多孔矽基負極在全電池中的商業應用。本綜述旨在為高性能多孔矽基鋰離子電池負極材料的設計提供理論上的指導和應用上的參考🗒。

如上所述，雖然鋰離子電池仍然是目前商業化的主流儲能系統，但鋰資源的分布不均以及大量的開發使用，導致生產成本大幅度提高🧑🏿‍🔬，直接影響了其商業化應用。近年來，低成本的鉀離子電池已被視為非常有前景的儲能系統🎯，且可作為鋰離子電池的平價替代🧑🏿‍🚒。然而🥡，由於鉀離子更大的半徑導致遲滯的反應動力學和不理想的電化學性能。因此⛲️🟰，尋找和開發高性能的電極材料對於鉀離子電池的應用是極其重要的🔸。在本工作中🧎‍♀️‍➡️🌓，作者報道了一種具有典型層狀結構的新型金屬有機負極材料Bi-Ti-EG🧘‍♂️，經原位水合後🧛🏼‍♂️，其類洋蔥型的致密層狀結構可轉化為相對無序的片層結構（H-Bi-Ti-EG），從而鉀離子可以充分進入到整個H-Bi-Ti-EG顆粒中，進而提升了Bi-Ti-EG的儲鉀性能。研究表明，得益於電化學原位形成的離子導電的金屬有機彈性體和彌散分布於其間的超細Bi合金顆粒🔮，能夠有效解決鉀離子的嵌入/脫出過程中所產生的巨大體積變化，降低其擴散遷移的內阻，從而獲得了高容量長循環的鉀離子電池負極材料。此外🙅🏿‍♂️，這種水合的Bi-Ti-EG材料可作為有潛力的高性能儲鉀負極材料之一。

万事娱乐博士生程鐘靈為論文1第一作者，張海嬌教授為通訊作者🙎‍♂️；論文2與南京郵電大學合作完成🤼，張海嬌教授為共同通訊作者☂️。

以上工作獲得了上海市教委曙光學者計劃🤹🏼‍♀️、上海市科委科技創新行動計劃和南開大學教育部重點實驗室等的資助和支持🥔⁉️。

論文鏈接：

1. https://doi.org/10.1002/adfm.202301109

2. https://doi.org/10.1002/adfm.202300582