...表面性质和粒度分布对钾离子电池碳负极电化学性能的影响
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发布时间：2024-09-08 05:02
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时间：2024-09-08 05:06
钾离子电池（PIBs）作为新兴电化学储能体系，受到广泛关注，尤其是考虑其高丰度和预期较低的原材料成本。在寻求与锂离子电池（LIBs）竞争的成本效益方面，优化活性材料以提高能量密度成为了研究热点。碳，尤其是石墨化程度、表面性质和粒度分布，对钾离子电池碳负极的电化学性能至关重要。碳的微观结构、表面特性以及颗粒尺寸影响着钾离子的存储效率和电池整体性能。
在德国明斯特大学，Tobias Placke教授和Martin Winter教授等人进行的研究中，强调了体积和表面材料特性在钾离子存储中的重要性，并为未来具有前景的PIB电池碳负极颗粒设计提供了关键见解。他们的研究成果揭示了通过系统地调整这些特性，可以显著优化碳负极的电化学性能。
在研究中，作者通过分步热处理石油焦炭，探讨了热处理温度（HTT）对PIB电池电化学性能的影响。热处理过程导致了石墨化程度的提高，以及表面特性的变化，如缺陷表面积、基面面积和非基面面积。这些变化显著影响了钾离子的存储能力、库仑效率（CEff）以及电池的循环稳定性。
随着HTT的增加，石墨化程度提高，导致钾离子存储容量和库仑效率的变化。在较低温度下，材料的非基面面积较多，从而导致较低的初始库仑效率。然而，在较高温度下，石墨化程度增加，非基面面积减少，库仑效率随之提高。这种趋势表明，通过调整材料的微观结构，可以优化钾离子存储性能。
此外，颗粒大小对电化学性能也有显著影响。粒度分布（D90）较大的石墨材料，在高倍率放电时表现出更高的容量保持率和较低的电压滞后。这表明，通过优化颗粒设计，可以提升电池的倍率性能和整体动力学性能。
综上所述，碳质负极材料的性能与电化学性能之间的关系揭示了优化颗粒、结构和表面设计对实现最佳钾离子存储能力的重要性。通过对石墨负极材料进行颗粒形态的优化，可以克服钾离子电池中已知的动力学低和电压滞后问题，为PIB电池的未来应用铺平道路。这项研究为设计高性能钾离子电池碳负极提供了重要指导，有助于推动电化学储能技术的发展。
