得益于钾的储量丰富和低氧化还原电位（K/K⁺，− 2.94 V vs SHE），钾离子电池（KIBs）近年来在低成本和可持续性的大规模储能应用中引起了越来越多的关注。然而，由于缺乏具有竞争力的电极材料来可逆地储存大量的K+和与电极材料相容的电解质体系，KIBs的发展面临严峻的挑战。

近日，美国南卡罗来纳大学Kevin Huang教授，华南理工大学杨成浩教授报道了一种受限于N掺杂的碳纳米管中的CoSe纳米颗粒（CoSe@NCNTs）负极材料用于储钾。

文章要点

1）研究人员首先采用水热法制备了钴−氨三乙酸螯合物纳米线（Co−NTAC）。然后用聚多巴胺包覆Co−NTAC，形成Co−NTAC@PDA核−壳结构。接下来，在800 °C的Ar气中，将PDA涂层热解为N掺杂的碳纳米管，NTAC被碳化成低密度碳核以及Co离子被还原成嵌入碳核的Co纳米粒子之后，Co-NTAC@PDA转化为Co@NCNTs前驱体。最后，通过硒化处理将Se掺入到Co@NCNTs前驱体中，形成用于电化学测试的CoSe@NCNTs复合材料。

2）实验结果显示，在1 M KPF₆−DME电解液中，以钾为负极，电压范围为0.01~3.0 V的CoSe@NCNT复合材料具有较高的初始库伦效率（95%）、高容量（435 mAh g⁻¹，0.1 A g⁻¹）以及优异的循环稳定性（500次循环后，2.0 A g⁻¹下的容量为282 mAh g⁻¹)。此外，由该负极和普鲁士蓝正极组成的钾离子全电池表现出优异的电化学性能（200次循环后，0.5 A g⁻¹下的容量为228 mAh g⁻¹）。

3）研究发现，NCNT壳层不仅能有效地为快速电荷转移提供高电导率，而且能适应循环过程中的体积变化。此外，通过实验和理论计算结果，研究人员证明了在初始活化过程中，KPF₆在电解液中起催化作用，从而促进了在CoSe表面形成类聚合物膜，这种非晶态薄膜对于防止多硒中间体溶解到电解液，稳定Co⁰/K₂Se界面，实现Co⁰/K₂Se转化的可逆性具有重要意义。

参考文献

Yanzhen Liu, et al, CoSe@N-Doped Carbon Nanotubes as a Potassium-Ion Battery Anode with High Initial Coulombic Efficiency and Superior Capacity Retention, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.0c08094

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c08094