钾离子电池（KIBs）因其成本低、天然储量丰富、能量密度高等优点，在固定式储能装置方面受到了广泛的关注。然而，由于K离子的插入引起了显著的应变，大半径K离子在常规主体骨架中的扩散不可避免地造成缓慢的扩散动力学，甚至在K离子的重复插入/提取过程中导致结构破坏。

近日，中科院长春应化所张新波研究员针对大半径K离子与致密主体结构之间的失配关系，提出了晶体工程与界面工程相结合的主体设计策略。

文章要点

1）以层状KTiNbO₅(KTNO)为例，通过将层状KTNO拓扑转化为以零应变方式储存K离子的隧道结构Ti₂Nb₂O₉(TNO)，在刚性基质中成功构建了良好稳定的K离子扩散通道。此外，为了打破晶体中K离子存储位置的限制，TNO被剥离成纳米片状，并进一步原位涂覆一层高度石墨化的碳层(CTNO)。由此产生的非均相界面补偿了TNO外表面的不饱和配位环境，从而提供了丰富的K离子储存位。

2）得益于定制的晶体结构和异质界面，CTNO表现出高的可逆容量（~205mAh g^-1）、优异的倍率性能（8 A g^-1下的容量保持率约为72%）和卓越的寿命(近10,000次循环的容量保持率约为100%)。这些发现显示了CTNO作为KIBs材料的巨大潜力，并为实现快速K离子存储的主体设计提供了指导。

参考文献

Yun-Hai Zhu, et al, Creating of rigid host framework with optimum crystal structure and interface for zero-strain K-ion storage, Energy Environ. Sci., 2022

DOI: 10.1039/D1EE03924E

https://doi.org/10.1039/D1EE03924E