近日，史晓东副研究员所在团队在能源材料领域Top期刊Carbon Energy (IF=20.5)发表题为《Pore structure and oxygen content design of amorphous carbon toward durable anode for potassium/sodium-ion batteries》的研究论文。史晓东副研究员和周传聪博士为论文共同第一作者，杨金霖副研究员、张慧研究员和田新龙教授为论文共同通讯作者，海南大学海洋科学与工程学院为第一通讯单位。
钠/钾离子电池在规模化储能领域具有资源储量丰富和低成本等优势。然而，钠/钾离子较大的离子半径，导致其可适配的碳负极材料种类匮乏。即使能够适配的碳材料也面临着比容量低、扩散动力学迟缓和循环性能差等问题，严重制约了其实际应用。为了解决钠/钾离子电池碳基负极材料存在的问题，主流策略包括：（1）通过调控碳层间距，降低扩散能垒；（2）通过异原子掺杂，引入结构缺陷和活性位点，达到更高的储钠/储钾比容量；（3）通过调控碳材料孔道结构，促进电解液浸润，增加离子传输通道，缓解循环过程中的体积变化和应力集中效应，进而提高其循环稳定性和高倍率性能。
目前，常见的多孔碳制备过程都需要添加造孔剂，比如氢氧化钾、高锰酸钾和高铁酸钾等，增加了多孔碳材料的制备成本和工艺复杂性。因此，研发简便高效的多孔碳材料制备方法，能够推动多孔碳材料在钠/钾离子电池负极上的实际应用。本工作以葡萄糖酸盐为前驱体，通过高温煅烧制备了一系列层间距和孔结构可调控的无定形碳材料(Ca-PC/Na-PC/K-PC)，对比了它们的储钠/储钾性能，并研究了多孔碳负极材料的储钾/储钠机制。研究结果表明，基于葡萄糖酸钙衍生的多孔碳材料（Ca-PC），具有增大的碳层间距和丰富的微/介孔结构，为钠/钾离子提供了高效快速的扩散通道。同时，葡萄糖酸钙在高温碳化过程中，助力Ca-PC材料形成了较大的比表面积并原位引入了氧原子掺杂，赋予了该材料优异的赝电容吸附能力。作为钾离子电池负极材料，Ca-PC在5.0 mV s-1扫速下的赝电容容量占比高达82%，在5 A g-1电流密度下循环2000圈，可逆比容量为121.4 mAh g-1；作为钠离子电池负极材料，Ca-PC在2 A g-1电流密度下循环8000圈，储钠比容量保持在101.4 mAh g-1。该工作预期能够为多孔碳负极材料的简便制备和结构设计提供新思路；同时，本工作提出的原位自模板多孔碳制备策略具有普适性，能够拓展应用到其他金属有机盐体系，比如柠檬酸盐、海藻酸盐等。
该工作得到了国家自然科学基金（52362010, 22305055, 52274297）、南海海洋资源利用国家重点实验室基金（MRUKF2021029）、海南省院士创新平台（YSPTZX202315）和海南大学高层次人才科研启动基金（KYQD(ZR)-23069, 20008, 23067, 23073）的资助支持。
论文DOI：10.1002/cey2.534
