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新聞網訊 可充電鉀基儲能器件具有無毒、安全、豐度高等突出優勢，是極具應用潛力的新一代儲能體系。然而，由于鉀離子尺寸較大，在多次充電/放電過程中往往會造成較大的晶格應變，造成電極材料粉化和較差的循環穩定性，這使得面對可充電鉀基儲能器件的電極材料設計充滿挑戰。

鑒于此，物理科學學院教授李洪森設計并研發了一類具有中空棱柱結構的FeTiO₃儲鉀材料，并明晰了其儲鉀機制。相關研究成果以“Understanding the predominant potassium-ion intercalation mechanism of single-phased bimetal oxides by in situ magnetometry”為題發表在國際頂刊《Nano Letters》上。青島大學為獨立完成單位，李洪森為通訊作者，課題組研究生趙忠晨（被復旦大學錄取攻讀博士學位）、張昊（被復旦大學錄取攻讀博士學位）、李菲（被南開大學錄取攻讀博士學位）為共同第一作者。

在該項研究中，李洪森及團隊成員通過多種實驗表征以及相關理論計算闡明了FeTiO₃材料在儲鉀中以嵌入機理為主，伴隨少量轉化反應，與FeTiO₃材料儲鋰和儲鈉過程轉化型機理有著本質的區別，這是由于K離子嵌入時Fe原子周圍的再雜化程度高于其他金屬離子（如Li和Na）所導致。得益于特殊的結構設計，中空棱柱FeTiO₃材料在鉀離子嵌入/脫嵌過程中表現出快速的動力學響應，實現了高能量密度（217 Wh kg^-1）、高功率密度（5000 W kg^-1）以及出色的循環穩定性（在1000 mA g^-1下循環10000次后容量保持率>92%）。該工作揭示了一種全新的以嵌入機理為主，伴隨少量轉化的儲鉀機制，并為設計制備具有優異電化學性能的可充電鉀基儲能器件電極材料提供了重要理論依據。

論文信息：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03849.