西工大新闻网7月28日电（崇少坤）近日，西北工业大学黄维院士团队崇少坤副教授对钾离子电池负极材料的研究进展进行了系统的总结，以“Advanced Anode Materials for Potassium Batteries: Sorting Out Opportunities and Challenges by Potassium Storage Mechanisms”为题发表在国际著名刊物Matter上。论文第一作者为柔性电子研究院博士生马萌，通讯作者为黄维院士与崇少坤副教授以及澳大利亚伍伦贡大学/上海理工大学窦世学院士与刘化焜院士。

图1. 钾电池负极材料面临的挑战及解决策略

追求低成本、高导电性、高容量、高化学和结构稳定性的电极材料始终是可充电电池领域研究的核心。在这篇文章中，作者从材料合成、电化学特性和储能机制等方面系统、全面地综述了五种类型的钾电池负极材料，包括钾金属、插层、转换、合金和转换合金负极。强调了特定负极的固有优势和面临的现实挑战（钾枝晶问题、结构不稳定、动力学迟缓等），讨论了现有优化策略背后的基础科学问题（宿主构建、内置电场引入、多元合金策略等）。此外，为了超越现有的技术瓶颈，实现理想的钾电池负极功能性，一些潜在的研究课题被提出：1）对具有合适电子结构、热力学和电化学动力学性质的负极材料进行方法学预测；2）将多反应机制协同引入负极材料开发中；3）新材料需要在亚纳米尺度上实现可控合成和改性，成熟的材料体系需要探索绿色、高产、低耗能的规模化生产路线；4）普遍存在的低首次库伦效率问题需要有针对性的改善；5）界面性质、结构变化和储能机制的揭示需要结合高通量计算、多物理场模拟和先进原位表征技术；6）其他电池组件需要更集中地研究以匹配负极材料；7）应建立更科学的电化学性能评估体系。该综述文章将对钾电池和其他储能系统的研究和发展提供一定的借鉴意义。

可充电钠离子电池(SIBs)具有成本低、钠资源丰富、与锂离子电池具有相似“摇椅式”工作机制等优势而被认为是一种很有前途的储能装置。然而，大尺寸的Na离子（1.07 Å）给SIBs电极材料的发展带来了挑战，同时石墨和硅在可逆钠离子存储中的不可行性进一步促进了先进负极材料的研究。基于此，黄维院士团队崇少坤副教授总结了钠离子电池先进负极材料的研究进展，在国际知名期刊ACS Nano上发表题为“Advanced Anode Materials for Rechargeable Sodium-Ion Batteries”的综述文章。论文第一作者为柔性电子研究院研究助理乔双燕，通讯作者为崇少坤副教授以及上海理工大学/澳大利亚伍伦贡大学窦世学院士与刘化焜院士。

钠离子电池负极材料面临的关键问题包括迟缓的动力学行为和大的体积膨胀。本篇综述比较了不同类型负极材料的储钠机制，同时还回顾了近期在钠离子电池负极材料方面取得的进展，并就如何进一步理解和解决这些问题进行了讨论。本文为未来的研究提供了方向，有助于加速SIBs负极材料领域的研究及实际应用。

图2. 插入、转换、合金、转换-合金负极材料钠离子储存机制示意图

该系列工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、广东省基础与应用基础研究基金、博士后科学基金等经费的支持。

近年来，组内在钠/钾离子电池正负极材料的可控构筑及储能机制与构效关系揭示方面开展了系列研究工作，相关的研究进展已发表至ACS Nano、Nano Energy、Energy Storage Mater.、Small、Energy Environ. Mater.、Chem. Eng. J.等国内外高水平期刊上。

Matter文章链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.07.009.

ACS Nano文章链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02892.

（审核：王学文）