如何实现煤炭资源的高附加值清洁利用及电化学高效储能，对推进炭达峰、炭中和目标的完成发挥着重大作用，发展新型二次储能技术具有重要的战略意义。由于钾离子电池具有与锂离子电池相似的特性，以及钾表现较低的氧化还原电位，在储能领域引起了广泛的研究兴趣。炭材料凭借来源广泛、导电性好、物理/化学性能稳定等优点，被认为是最有应用前途的钾离子电池负极材料。开发高性能炭负极材料对实现高能量密度和高功率密度的钾离子电池器件至关重要。
近日，我院先进化学电源研究所陈亚鑫/鞠治成等提出一种边缘氧化诱导致密化策略，以边缘氧为“抓手”促进氧化沥青结构基元交联形成致密体，实现炭片层的分子级设计，获得具有sp2/sp3杂化结构的块体炭材料。芳香烃核局部炭化所得类石墨微晶区可提供低电位钾离子嵌入位点，炭化去除热稳定性较差的C-O键所构建的缺陷网络则确保了钾离子快速的扩散动力学，从而同时实现了低电位储钾，高ICE，优异倍率性能和循环性能。这一工作拓宽了新型炭材料的构筑策略和钾离子全电池实际应用潜力，并为炭结构储钾机制提供详实机理启发。相关成果以“Edge-Oxidation-Induced Densification towards Hybrid Bulk Carbon for Low-Voltage, Reversible and Fast Potassium Storage”发表于国际顶级期刊Energy Storage Materials（IF=20.831），材料与物理学院硕士研究生孙宗富为论文第一作者，材料与物理学院教师陈亚鑫博士、鞠治成副教授与山东大学熊胜林教授为共同通讯作者，中国矿业大学为第一通讯单位。
本研究得到国家自然科学基金(21975283, 22279162，U21A2077)、山东省泰山学者专项基金(ts20190908)、江苏省自然科学基金(BK20191343)和青年基金(BK20221138)、山东省自然科学基金(ZR2021ZD05)、中国博士后科学基金(2020M681762)、碳基能源化学与利用国家重点实验室(KFKT2021007)和中国矿业大学材料科学与工程学科引导基金(CUMTMS202205) 的资助。感谢中国矿业大学现代分析与计算中心在材料表征方面的支持和帮助。
