东南大学材料科学与工程学院孙正明教授、潘龙副教授和汪亚萍博士后在钾离子电池负极材料研究方面取得新进展，相关成果以“Built In Electric Field Driven Ultrahigh Rate K Ion Storage via Heterostructure Engineering of Dual Tellurides Integrated with Ti3C2Tx MXene”为题发表在纳米领域顶刊《纳微快报》（Nano-Micro Letters）上。
钾离子电池（PIBs）因其能量密度高、成本低等优势，在规模化储能系统中具有广阔的应用前景。过渡金属碲化物（TMTs）是一类典型的转化型PIB负极材料，具有高理论容量、电子电导率高等特点；然而TMTs存在的两个关键问题限制了其储钾性能的发挥：离子扩散动力学缓慢，倍率储钾性能弱；离子脱嵌导致体积变化大，循环寿命衰减严重。为此，东南大学孙正明/潘龙团队在前期工作基础上（Adv Energy Mater, 2022, 12, 2203118; Adv Mater, 35, 2211311; Energy Storage Mater, 2023, 58, 165），提出了一种异质界面策略，即在二维Ti3C2Tx MXene纳米片表面原位构筑CoTe2/ZnTe异质结构纳米复合材料（CoTe2/ZnTe/Ti3C2Tx，CZT）。研究表明，CoTe2/ZnTe异质结能够有效降低钾离子扩散能垒、提高钾离子迁移速率，并形成界面内嵌电场进一步促进界面电荷传输。此外，高导电率的Ti3C2Tx MXene不仅促进了电子输运，也有效缓解了钾离子嵌入脱出过程中CoTe2/ZnTe的体积变化。因此，CZT负极表现出优异的倍率性能（10 A g−1时为137.0 mAh g−1）和循环稳定性（3.0 A g−1循环4000次后为175.3 mAh g−1，容量保持率为89.4%）。其与普鲁士蓝（KPB）正极组装的钾离子全电池仍然表现出良好的循环性能（200 mA g−1循环400次后为77.4 mAh g−1）和高能量密度（220.2 Wh kg−1）。
东南大学材料科学与工程学院为该论文第一完成单位，潘龙老师与胡荣祥硕士为论文第一作者，东南大学孙正明教授、汪亚萍博士后为共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中国科协青年人才托举项目和中央高校基本科研业务费的支持。
论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-023-01202-6