【摘 要】
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过度使用不可再生的化石能源对环境以及人类社会造成了严重的不可逆破坏。近几十年来,人们开始使用太阳能、风能等清洁可再生能源。而这些绿色能源间歇性和随机性的特点,使得高效的储能设备变得尤为重要。在这种条件下,电化学储能被认为是一种最具潜力的高效储能方式。其中,二次电池储能系统锂离子电池（LIBs）已经在各种便携电子设备、电动汽车等领域成功商业化运用。但是,锂资源过于稀少且分布不均,人们对能源需求的不断
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过度使用不可再生的化石能源对环境以及人类社会造成了严重的不可逆破坏。近几十年来,人们开始使用太阳能、风能等清洁可再生能源。而这些绿色能源间歇性和随机性的特点,使得高效的储能设备变得尤为重要。在这种条件下,电化学储能被认为是一种最具潜力的高效储能方式。其中,二次电池储能系统锂离子电池（LIBs）已经在各种便携电子设备、电动汽车等领域成功商业化运用。但是,锂资源过于稀少且分布不均,人们对能源需求的不断增加,锂资源的成本也随之增高。因此,属于同一主族中的钾离子电池（KIBs）引起了众多科研工作者的广泛关注。然而,由于钾离子半径较大,导致活性物质质量能量密度和体积能量密度较低。因此,对钾离子电池电极材料的设计和优化来获得优异的储钾性能是促进钾离子电池快速发展的关键因素。本文主要围绕半导体型单质材料作为钾离子电池负极材料,对其结构进行改善优化,对其储钾性能和机理进行了深入研究,主要包括以下几个方面:（1）设计了氮掺杂碳（N-C）多孔微球作为碲（Te）的载体,采用一步熔融法制成复合材料Te@N-C,期望获得结构稳定且性能优异的钾离子电池负极材料。该多孔微球结构由Mn CO3微球模板刻蚀而成。这种分级微球结构具有丰富的孔隙和活性位点,有效缩短了离子/电子的扩散距离,缓冲了活性材料的体积膨胀。当作为钾电池负极测试时,Te@N-C提供了可逆容量390 m A h g-1(对应2437.5 m A h cm-3)。本次研究的新颖设计为新型高体积能量密度储能系统的开发奠定了基础,提供了全新的机遇。（2）设计开发了一种一步原位渗透的方法,将锑（Sb）纳米颗粒构建到分级多孔氮掺杂碳（HPNC）微球结构中,这是一种合理而有效的提高电化学性能的方法。同时,本研究优化采用KFSI电解质来进一步提高性能。碳材料的优异结构和电池电解质优化,使得本研究所合成的钾离子电池负极材料Sb@HPNC展现出优秀的循环性能(在0.1 A g-1的电流密度下循环100圈仍保持507 m A h g-1的电池容量)。本研究获得了目前领域内综合性能十分优异的电化学性能,可以为新型钾离子电池电极的开发和探索提供强有力的参考和依据。
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