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?麥立強/郭彥炳EnSM：具有自調節離子傳輸通道的分子碳骨架用于長壽命鉀離子電池

開發具有多維離子傳輸通道的負極材料，尤其是克服鉀離子（K⁺）大半徑造成的巨大體積膨脹和離子擴散動力學遲緩問題，對于提高鉀儲存性能至關重要。

圖1.?石墨和GDY在鉀離子傳輸和儲存方面的結構特征圖解

武漢理工大學麥立強、華中師范大學郭彥炳等提出了一種基于石墨炔（GDY）的不同鍵長化學鍵自可逆轉換技術，以實現離子傳輸通道的自我調節。密度泛函理論（DFT）計算和原位/外電化學測試證明，GDY 框架的面內三角形孔隙（5.46 ?）為 K⁺（1.38 ?）在垂直于GDY平面的方向上的擴散提供了傳輸通道，這與離子擴散主要受面內遷移控制的碳質材料不同。

此外，原位拉曼和電動力學分析表明，在K⁺的刺激下，GDY的炔烴鍵可逆連接/斷裂，從而實現自我調節離子通道。

圖2.?GDY與石墨的電化學性能

因此，與石墨相比，具有2個數量級擴散系數的GDY負極在100 mA g^-1電流條件下可提供202 mAh g^-1的高可逆容量，并表現出非凡的耐久性，循環時間超過380天。這項工作為從分子碳骨架角度設計智能、高效的離子傳輸通道，從而增強高性能KIB的擴散動力學開辟了一條新途徑。

圖3. K+離子擴散動力學評價

Molecular carbon skeleton with self?regulating ion?transport channels for long?life potassium ion batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102975

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