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申澤鑲/劉曉旭/郭海最新EER評述文章：層狀碳材料結(jié)晶度和缺陷對鉀存儲的影響

層狀碳材料（LCMs）由基本的碳層單元組成，如石墨、軟碳、硬碳和石墨烯等。雖然它們已廣泛應(yīng)用于鉀離子電池的負極，但各種LCM的儲鉀機制和性能是孤立的，難以相互關(guān)聯(lián)。

更重要的是，缺乏對基本微觀結(jié)構(gòu)單元（結(jié)晶度和缺陷）與鉀儲存行為之間相關(guān)性的系統(tǒng)理解。

在此，新加坡南洋理工大學申澤鑲教授、陜西科技大學劉曉旭教授及大連民族大學郭海副教授等人探討了影響LCMs鉀存儲的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)因素，即碳層的結(jié)晶度和缺陷。作者從各種數(shù)據(jù)庫和文獻中提取了表征不同碳材料結(jié)晶度和缺陷的關(guān)鍵參數(shù)(L_a, L_c, d₀₀₂, I_D/I_G)，建立了LCMs的結(jié)構(gòu)-性能數(shù)據(jù)庫，并系統(tǒng)地分析了這些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對鉀儲存性質(zhì)的影響，包括容量、倍率和工作電壓平臺。

基于結(jié)構(gòu)-性能數(shù)據(jù)庫分析和熱力學、動力學的指導，建立了各種LCM與鉀儲存性能之間的關(guān)系。

圖1. LCM關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的概述和數(shù)據(jù)整理

儲鉀性能受多種結(jié)構(gòu)因素交織影響，在機器學習中利用LCMs的結(jié)構(gòu)-性能數(shù)據(jù)庫預(yù)測最佳結(jié)構(gòu)和性能，更有利于揭示復雜數(shù)據(jù)中的規(guī)律。

最后，作者借助機器學習，首次利用層狀碳負極的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對儲鉀性能進行預(yù)測，使數(shù)據(jù)庫中的海量研究數(shù)據(jù)能夠更有效地指導未來LCM的科學研究和工程應(yīng)用。預(yù)測結(jié)果不可避免地存在一些誤差，但這項工作對今后電極材料的設(shè)計具有非常高的科學和工程意義。

圖2. 基于LCMs構(gòu)建高性能鉀離子電池的綜合思考

Effects of Crystallinity and Defects of Layered Carbon Materials on Potassium Storage: A Review and Prediction, Electrochemical Energy Reviews 2021. DOI: 10.1007/s41918-021-00114-6

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