课题组博士生沙大巍在揭示钾离子电池转换型负极材料中阴离子掺杂演变和影响规律方面取得进展
东南大学材料科学与工程学院孙正明教授和潘龙副研究员在揭示钾离子电池转换型负极材料中阴离子掺杂演变和影响规律方面取得进展，相关成果以“Revealing the evolution of doping anions and their impact on K-Ion storage: A case study of Se-doped In2S3”为题发表在能源类顶级期刊《能源存储材料》（Energy Storage Materials）上。
转换型负极材料具有高理论K+存储容量，但其循环和倍率性能不佳。相较于利用阴离子掺杂来提高Li+/Na+储存的大量研究，K+储存方面的研究很少。现有理论认为，阴离子掺杂的作用是提供更多的离子吸附位点、降低离子扩散能垒。但是，这种解释只有在晶体结构和掺杂阴离子在离子储存反应过程中保持不变的情况下才是正确的，而这并不适用于转化型负极材料。此外，掺杂阴离子在循环过程中的演变规律也未被揭示。
本研究以Se掺杂In2S3@C（In2S3–xSex@C）为典型案例进行研究。In2S3–xSex@C表现出卓越的半电池性能（709 mA h g–1 at 0.1 A g–1, 118 mA h g–1 at 10.0 A g–1 after 1000 cycles）和高的全电池能量密度（146 Wh kg–1）。此外，本研究首次揭示了掺杂阴离子的演变和K+储存影响规律：
（1）在完全放电时Se掺杂进K2S中（K2S1–x/3Sex/3），在完全充电时Se又掺杂回In2S3中（In2S3–xSex）；
（2）Se掺杂通过调控In2S3–xSex电子结构加速电子传输和K+扩散以促进嵌入反应，通过弱化In-S键合强度以促进转换反应。
该研究同样适用于其他碱金属离子电池转换型负极材料，并为开发高性能钾离子电池负极材料提供指引和帮助。
图1. In2S3–xSex@C在10.0 A g–1下循环性能以及掺杂Se演变规律示意图。
东南大学材料科学与工程学院为该论文唯一完成单位，博士生沙大巍为第一作者，博士后游菀蓉为共同第一作者，潘龙副研究员和孙正明教授为共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和中国科协青年人才托举工程项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.03.021