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湖大魯兵安AFM：層狀超導(dǎo)體Cu0.11TiSe2材料作為高穩(wěn)定K正極

正極材料是鉀離子電池（PIBs）發(fā)展的主要制約因素之一，正極材料的導(dǎo)電性差、反應(yīng)動力學(xué)緩慢和晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定阻礙了其電化學(xué)性能的提高。層狀超導(dǎo)結(jié)構(gòu)可能是解決鉀離子的存儲和運輸問題的有效策略，但目前尚未見相關(guān)報道。

在此，湖南大學(xué)魯兵安教授等人通過TiSe₂與Cu的受控插層來制備層狀超導(dǎo)體Cu_0.11TiSe₂材料作為PIB的高性能正極，其表現(xiàn)出增加的電子/離子轉(zhuǎn)移速率以及改善的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

研究表明，與純TiSe₂相比，該層狀超導(dǎo)體表現(xiàn)出更優(yōu)異的循環(huán)性能，在20 mA g^-1的電流密度下300次循環(huán)后容量保持率為80%，在1000 mA g^-1（8 C）下的容量為45 mAh g^-1。此外，由Cu_0.11TiSe₂正極和石墨負極組裝的全電池在20 mA g^-1的電流密度下表現(xiàn)出74 mAh g^-1的高可逆容量。

圖1. Cu_0.11TiSe₂材料的儲鉀性能

作者通過XPS、原位XRD、GITT技術(shù)以及DFT計算研究了Cu_0.11TiSe₂材料的儲鉀機制，總結(jié)Cu_0.11TiSe₂與TiSe₂相比卓越的電化學(xué)性能可歸因于以下優(yōu)點：

1) 通過在TiSe₂層間隙中插入Cu離子，獲得了更接近金屬的超導(dǎo)性能；

2）層間距的擴大有利于K離子的擴散；

3）Cu_0.11TiSe₂在循環(huán)過程中的相變是高度可逆的；

4) Cu離子還在TiSe₂層之間起到支撐柱的作用，以確保K離子的傳輸并減輕循環(huán)過程中的體積應(yīng)變。

該研究表明，層狀超導(dǎo)材料作為PIBs正極的研究為未來電極材料的設(shè)計提供了新思路。

圖2. Cu_0.11TiSe₂材料的儲鉀機理

Layered Superconductor Cu_0.11TiSe₂ as a High-Stable K-Cathode, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202109893

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/11/679457544c/

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