周江/史晓东/鲁兵安AEM：凹面碳球的可控设计及储钾/钠性能探究！

凹面碳球（CCS）由于其独特的物理化学特性而引起了人们的极大兴趣。然而，精确的合成方法仍然很少，因为控制中间前体的动态和非选择性的变形过程是一个巨大的挑战。

中南大学周江、史晓东、湖南大学鲁兵安等实现了对凹面结构的精确形态调控，以准确解释碳材料的微观结构和电化学性能之间的关系。

图1. CCS样品的制备及形貌

在有限元模拟的基础上，作者提出了聚合弯曲理论，分析了CCS材料的形态演变机制。特别是选择了C30样品（具有较大的层间间距和较低的石墨化程度）作为研究对象，并对其储钾和储钠性能进行了进一步研究。有限元模拟结果表明，CCS材料的应力积累是各向异性的，有利于形成均匀的应力分布，从而缓解了应力集中效应，进而避免了循环过程中的结构变形甚至结构失效。

图2. 应力分布的化学力学模拟结果

受益于结构上的优势，C30负极在4A g^-1的条件下循环1350次后，储钾容量仍保持在104.9 mAh g^-1，对应于每循环2.7%的极低容量衰减率。对于钠离子电池，在2 A g^-1的条件下，经过2700次循环后可以实现116.4 mAh g^-1的可逆容量。这项工作可能为凹陷中空碳材料的设计开辟了一条新的途径，并促进其在储能领域的实际应用。

图3. 钾/钠储存性能

Concave Engineering of Hollow Carbon Spheres toward Advanced Anode Material for Sodium/Potassium-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202851

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