钾离子电池正极材料的研究进展

由于资源和成本优势，以及工作原理与锂离子电池的相似性，钾离子电池在未来的大规模储能应用中有着光明的发展前景。然而相比于锂、钠离子，钾离子半径较大，这不仅影响了其在电极中的输运，而且容易对电极材料的结构造成一些不可逆的破坏，进而导致较差的电化学性能。对于钾离子电池，负极可采用与锂离子电池相同的石墨负极，而正极材料是目前的研发高性能钾离子电池的关键。因此，本文在总结了最常见的四类钾离子电池正极材料的相关进展，并分别探讨了各自的优势、问题及相应的改性方法的基础上，展望了钾离子电池正极材料未来的发展。     

生物质碳材料在钾离子电池负极材料中的应用

钾离子电池因其能量密度高、钾储量丰富、成本低等优势而成为当前储能器件领域一个新的研究热点。钾离子可以在商品化石墨负极材料中嵌入与脱出,这对于钾离子电池未来的产业化发展具有重要意义。但目前石墨负极存在体积膨胀率较大、容量衰减快、倍率性能低等问题。近年来,为寻找适宜嵌钾的材料与抑制膨胀的方法,越来越多的电极材料体系被开发出来。其中生物质碳材料因制备工艺简单、成本低廉和环保等优点被广泛研究。本文总结了钾离子电池生物质碳材料的最新研究进展;分析了存在于碳基材料的两种储钾机制及各自对电化学性能的影响,并对一些表现出优异电化学性能的生物质碳材料的制备方法及电化学性能做出扼要综述;在此基础上,对钾离子电池的下一步研究进行展望与总结。     

钾离子电池电极材料研究进展

综述了近几年来钾离子电池正、负极材料的最新研究状况,分析了影响不同类型正负极材料比容量、倍率性能、循环稳定性的主要因素,总结了钾离子电池电极材料的改性方法,如原子掺杂、包覆和结构设计等,展望了未来钾离子电池的发展方向。     

柳絮衍生中空碳管的制备及其储钾性能研究

低成本的碳材料被认为是一种有前途的钾离子电池负极材料,而常见的石墨由于狭窄的层间距导致倍率性能和循环稳定性不尽人意。通过将来源广泛、原料易得的生物质柳絮进行处理,得到了层间距为0.390 nm的无定形碳材料,并且可用作具备良好电化学性能的钾离子电池负极。因此,柳絮衍生的中空碳管在钾离子电池电极材料中具有潜在的应用潜力。     

基于石墨烯的钠离子电池负极材料研究进展

钠离子电池是一种低成本的新型储能器件,被称为是锂离子电池的换代版。文章介绍了用于基于石墨烯的钠离子电池负极材料的国内外研究现状,并对目前石墨烯基材料用于钠离子电池负极材料时存在的问题进行了讨论,为今后的研究提出建议。     

钠离子电池负极材料的储钠机制及性能研究进展

绿色能源的应用,促使着电化学储能与转换技术的飞速发展。锂离子电池作为储能领域最成功的二次离子电池之一,已被应用于各种电子产品中,但是由于锂资源短缺造成锂离子电池的成本增加,限制了其在大规模储能设备领域的应用。因此,寻找价格低廉、性能优异的二次离子电池是当下的研究热门之一。钠离子电池不仅拥有和锂离子电池相似的工作原理,而且还具有成本低、资源丰度大和可逆容量高的特点,有望成功地代替锂离子电池而应用于商业化生产。本工作主要综述了钠离子电池负极材料的性能研究进展,首先根据钠离子在负极材料存储方式不同,分析归纳了负极材料的插层反应、合金化反应和转换反应三种储钠机制,然后介绍了负极材料的结构修改、元素掺杂和材料复合三种改性方式,随后重点介绍了碳基材料、钛基材料、合金类材料、转换类材料和有机材料等几种关键的钠离子电池负极材料的电化学性能和所面临的问题,最后,以实际生产和工业应用为基础,展望了钠离子电池负极材料的研究方向。     

面向实用化的钠离子电池碳负极：进展及挑战

随着电化学储能需求的不断攀升，加之锂资源储量不高、分布不均、成本高等因素影响，作为低成本二次储能电池的代表，钠离子电池迎来新的发展机遇，其研发和产业化迈入快车道。其中，原料丰富、性能优异的碳材料脱颖而出，成为钠离子电池负极的首要选择。本文面向实用化钠离子电池碳负极梳理了碳负极的研究进展，简要介绍了碳负极材料的储钠机制，重点论述了不同类型碳负极的设计思路及其实用化进展，最后分析探讨了实用化钠离子电池碳负极材料发展中面临的挑战及未来研究中需进一步重视的主要问题。     

基于电化学反应机理的钠离子电池负极材料研究进展

钠离子电池作为一种新型的储能体系,与比较成熟的锂离子电池体系相比,不仅是元素的变化,更重要的是电化学反应机理的变化。简要分析了钠离子电池的优点,以负极材料的电化学反应机理为基础,归纳概括了近期钠离子负极材料的研究进展,主要分为碳材料、合金类材料、过渡金属氧化物和硫化物及有机化合物四类,并介绍了相应材料的电化学性能,为开发综合性能优异的钠离子负极材料提供理论基础。     

先进碳材料在钾离子电池中的应用

钾离子电池(KIB)因具有能量密度高、钾储量丰富以及成本低等优势,有望替代锂离子电池(LIB)成为新一代储能器件。在众多材料中,碳材料由于具有廉价易得、环保等优点被认为是极具潜力的KIB负极材料,然而其在充放电过程产生巨大的体积膨胀和结构变形令电池具有较低的可逆容量、较差的倍率性能及循环稳定性。为提高碳材料储钾能力,改善KIB性能,目前常采用掺杂杂原子、石墨层间距调控、碳结构和形貌设计等手段对碳材料进行改性。本工作综述了不同类型碳材料(石墨、石墨烯、硬碳、软碳和多孔碳)作为KIB负极的最新研究进展,对其面临的挑战及前景进行了讨论并展望了KIB的未来发展方向。     

先进碳材料在钾离子电池中的应用EI北大核心CSCD

钾离子电池(KIB)因具有能量密度高、钾储量丰富以及成本低等优势,有望替代锂离子电池(LIB)成为新一代储能器件。在众多材料中,碳材料由于具有廉价易得、环保等优点被认为是极具潜力的KIB负极材料,然而其在充放电过程产生巨大的体积膨胀和结构变形令电池具有较低的可逆容量、较差的倍率性能及循环稳定性。为提高碳材料储钾能力,改善KIB性能,目前常采用掺杂杂原子、石墨层间距调控、碳结构和形貌设计等手段对碳材料进行改性。本工作综述了不同类型碳材料(石墨、石墨烯、硬碳、软碳和多孔碳)作为KIB负极的最新研究进展,对其面临的挑战及前景进行了讨论并展望了KIB的未来发展方向。     

钾离子电池炭负极材料的研究进展

随着社会对大规模储能系统需求的不断攀升，迫切需要开发可持续、低成本的新型电池技术。鉴于钾离子储量丰富、成本可控，钾离子电池近年来受到越来越多关注。不仅介绍了目前研究较多的几种炭基材料及其储钾性能，还尝试总结了炭基材料可能的储钾机理，展望了钾离子电池用炭基电极材料面临的问题及未来发展方向。     

锂电池负极材料的研究进展

21世纪以来，各种产业高速发展，能源消耗速度越来越大，寻找新的能源已经变得至关重要，而能源创新技术在寻找新能源中占有十分重要的地位。锂离子电池作为一种理想的储能元件备受关注，而锂离子电池的负极材料又是锂离子电池的重要组成部分，所以提高锂离子电池负极材料的性能十分重要。主要讲述了锂离子电池的现阶段负极材料的使用类型和发展状况，比较了不同负极材料的优势和局限性以及不同负极材料的改性进展。     

序:能源存储材料和器件驱动低碳发展

一次能源的过渡消耗和城市交通的大量排放是环境污染尤其是城市雾霾的主要污染源。发展新能源和电动汽车是解决环境污染和能源枯竭的根本途径，成为我国优化能源结构、振兴能源产业的重要组成部分，也是世界各国竞相发展的新兴产业。当前，在国家一系列政策的推动下，太阳能、风能等新能源和电动汽车虽然已经取得了一定的发展，但是规模化发展难以进行，最主要原因是新能源存储和电动汽车用储能和动力电池在能量密度、功率密度和循环寿命等方面仍然不能满足理想需求。因此，发展高性能储能器件及其关键材料对推动新能源和电动汽车的发展具有重要意义。 储能器件主要包括锂离子电池和超级电容器，已经得到规模化应用，学术界和产业界重点通过开发高能量密度、高功率密度和长循环寿命电极材料来提高锂离子电池和超级电容器的综合性能。为了提高锂离子电池的安全性，固态电池及其固态电解质成为锂电池的重要研究方向；为了提高锂电池的能量密度，锂金属、硅碳、氧化物和硫化物等负极材料，富锂锰基固溶体和高镍三元正极材料也是研究重点。此外，新型储能器件如锂硫电池、钾离子电池、钠离子电池燃料电池也得到大量的研究，但主要集中在高性能电池材料开发，还未实现产业化。因此，未来需要进一步开发可实用化的电池材料，加强新型储能器件的产业化技术研究。 为了集中地报道能源存储材料和器件方面的最新研究进展，我们组织了本期专辑，内容涵盖了当前能源存储材料和器件的热点研究方向和领域，主要包括锂离子电池固态聚合物电解质、富锂锰基正极材料、三维锂金属负极、锂硫电池正极材料、超级电容器电极材料、钾离子电池炭负极材料、WS₂纳米电极材料、燃料电池催化剂等方面的研究。专辑内容系统、深入、全面，涵盖了上述领域的重要研究成果和进展，尤其包括专辑论文作者对该研究方向的理解和解读。本专辑对科研工作者及时了解该领域的发展动态和推动我国在该领域的发展将有很大帮助。 本人非常荣幸受邀作为特邀编辑组织这期专刊，诚挚感谢本期文章的所有作者，感谢他们高水平的研究论文和专题评述，感谢他们将能源存储材料和器件研究成果、研究心得和理解撰写成文贡献给本专辑，使本专辑高效率完成并与读者分享其中的精彩内容；同时感谢本专辑所引用高水平研究成果的所有作者。希望本专辑能够为我国储能材料和器件的发展和人才培养贡献力量。     

铅炭电池用炭材料的作用机制研究进展

综述了炭材料在铅炭电池中的作用机理,着重介绍了构建导电网络、形成孔洞、双电层储能以及位阻效应。总结了不同炭材料对铅炭电池性能的影响。铅炭电池面临负极析氢现象加剧的问题,如何减少负极析氢将是铅炭电池未来的研究重点。     

金属-有机框架在二次电池中的储能机制研究进展

金属-有机框架（MOFs）具有多孔、大比表面积和结构与功能可调控等特点,已被广泛用作二次电池电极材料。本文重点介绍了MOFs作为二次电池电极材料的储能机制研究进展,主要分为转化储能机制、脱嵌储能机制、物理吸脱附储能机制等,并分析了各类储能机理的储能特点及对电化学性能的影响,探究了MOFs在较大离子半径的钠、钾离子电池中的应用特点及发展潜力。最后简要讨论了MOFs作为电极材料的设计思路为兼顾各类储能机制的优点,即选用较多储能位点的结构及较稳定的金属离子作为有机配体的连接点。     

生物质炭材料作为钠离子电池负极材料的研究进展

钠离子电池的问世使硬炭材料成为了当前研究的重点,但高成本和低循环寿命等不足限制了其作为负极材料在钠离子电池中的应用。生物质炭材料作为硬炭材料的一种,凭借其低成本、可再利用等优势,逐步在储钠材料中占据重要地位。为了更好的了解生物质炭材料,本文综述了近年来生物质炭作为钠离子电池负极材料的研究进展,并对其在储能领域的发展提出了展望。     

钾离子电池研究进展

阐述了钾离子电池关键材料和电池技术的研究现状,特别是对普鲁士蓝类和P2、P3相层状氧化物材料作为正极材料的电化学性能及存在的问题、碳基负极材料（石墨、硬碳、软碳等）的电化学性能及钾离子脱嵌机理、当前所用电解液的优缺点等方面都进行了较为全面的讨论和分析。分析表明普鲁士蓝和非石墨材料等材料已经同时展示出较高的比容量和循环性能,而对于层状氧化物材料和石墨材料,钾离子的电化学嵌入/脱出伴随显著的体积变化和复杂的相变,同时与正负极材料具有高度相容性的电解液尚未获得。指出钾离子电池需要进一步发展其电极材料和电解液。     

钠离子电池研究进展

钠离子电池具有比能量高、安全性能好、价格低廉等优点,在储能领域有望成为锂离子电池的替代品。本文阐述了钠离子电池的研究现状,对钠离子电池研究的正负极材料、电解质的制备以及其电化学性能作了概述性讨论。正极材料有氧化物型、聚阴离子型;负极材料有碳基材料、钛基材料和合金负极材料等;电解液有有机溶剂电解液和凝胶聚合物电解液,并分别阐明了各种材料的优势和局限性。最后指出了这类高效钠二次电池体系有可能逐渐替代锂离子电池,并指明了现阶段发展钠离子的主要问题是不同体系材料的相互匹配。     

静电纺在可逆离子电池负极材料制备中的应用

着重介绍了静电纺技术在锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池负极材料制备中的最新研究进展,而采用静电纺技术制备的纳米纤维具有很大的比表面积,并且形态可控,对于可逆离子电池电化学性能的提升具有非常大的优势。     

含氟化合物在锂离子电池中的应用

目前,锂离子电池在日用数码产品、电动汽车及储能中得到了广泛的应用,在新能源领域表现突出。综述了含氟化合物在组成锂离子电池的正极材料、负极材料、隔膜及电解液中的应用。