硬碳（HCs）由于具有成本效益和优异的物理化学性能，正成为一种极具应用前景的钾离子电池（PIBs）负极材料。然而，关于HCS中K⁺储存的基本机制和决定储钾性能的关键结构参数仍不清楚，因此需要进一步研究。

近日，湖南大学刘继磊教授，涂川俊报道了首次采用模板剂辅助喷雾热解技术合成了一系列具有不同形貌（球形、碗内球形和平板）、孔结构（微/介孔、孔体积）可控的多孔HCs材料。

文章要点

1）Zn(NO₃)₂·6H₂O起着两个关键作用：i）作为高产率生成HC的催化剂；ii）作为生成ZnO的前驱体，作为调节微孔/介孔结构的硬模板。

2）详细的实验分析包括原位拉曼和原位电化学阻抗谱分析，揭示了K⁺在p-HC中的两种不同储钾机制，即高电位区的吸附机制和低电位区的插层机制。两者都受到微观结构演变的严重影响，并对电化学性能产生很大影响。具体地说，足够的微孔起到了有效储存K⁺的活性位点和离子缓冲库的作用，缓解了体积膨胀，确保了比容量的提高和良好的结构稳定性。而多孔结构中丰富的介孔为离子扩散和电解质渗透提供了导电通道，赋予了快速的离子/电子传输动力学。

3）合成的HCs具有较大的比表面积、丰富的孔道和较大的层间距，在PIBs中具有优异的储钾性能和稳定的循环性能，在钾离子混合电容器中表现出较高的能量/功率密度（74.5 Wh kg⁻¹, 184.4 W kg⁻¹）。

参考文献

Weize Li, et al, Microstructure-Dependent K⁺ Storage in Porous Hard Carbon, Small 2021

DOI: 10.1002/smll.202100397

https://doi.org/10.1002/smll.202100397.