近日，材料学院杨儒教授和王峰教授研究团队联合在国际权威期刊《Advanced Functional Materials》（IF=15.621）上合作发表了题为“Kinetics Enhanced Nitrogen-Doped Hierarchical Porous Hollow Carbon Spheres Boosting Advanced Potassium-Ion Hybrid Capacitors”的研究论文，报道了一种构建高性能钾离子混合电容器的新策略。
当今储能领域对于兼具高能量与功率密度的储能设备的需求日益增长，这推动了以混合电容器为代表的新兴储能系统的发展。由于比锂更高的自然丰度、比钠更低的氧化还原电位以及溶剂化离子半径，基于钾的钾离子混合电容器被认为是一类极具应用价值的新型混合电容器。然而，由于当前对钾离子混合电容器的研究尚处于起步阶段，鲜有关于高性能钾离子混合电容器的报道。因此，深入探究钾离子混合电容器设备架构的优化原则、了解设备内部的反应动力学对于推动钾离子混合电容器的发展具有重要意义
在该研究中，研究人员首先成功的将具有优异粘结性能的海藻酸钠应用于解决碳质材料涂覆性能不佳的问题，制备出兼具高可逆容量、优异倍率性能与长久循环稳定性的钾离子混合电容器负极。结果表明，以海藻酸钠作为粘结剂的纳米炭球具有最佳的储钾能力，在0.1C（1C=280 mA g−1）的电流密度下具有322 mA h g−1的可逆比容量，在20C的高电流密度下仍具有134 mA h g−1的可观比容量，而且还具有优异的循环能力（5C的电流密度下循环500次后容量保持率为81%）。结合动力学分析和密度泛函理论计算分析了该纳米炭球优异的电化学性能的根本来源，并采取针对性实验论证了海藻酸钠的粘结机理。最终，分别以该纳米炭球和其活化产物为负极和正极，海藻酸钠为粘结剂成功构建了具有高能量/功率密度（114.2 Wh kg−1， 8203 W kg−1）以及长循环能力（2 A g−1的电流密度下5000次循环后容量保持率为80.4%）的全炭钾离子混合电容器。这项工作为钾离子混合电容器未来的发展和应用提供了新的参考途径。
本文第一作者为我院博士研究生邱大平，杨儒教授、王峰教授为本文的通讯作者。本研究工作得到了国家自然科学基金的资助。
文章信息：Daping Qiu, Jingyu Guan, Min Li, Cuihua Kang, Jinying Wei, Yan Li, Zhenyu Xie, Feng Wang,* and Ru Yang*, Kinetics Enhanced Nitrogen-Doped Hierarchical Porous Hollow Carbon Spheres Boosting Advanced Potassium-Ion Hybrid Capacitors, Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1903496.
全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201903496
