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人們對(duì)電子器件和可再生能源日益增長(zhǎng)的需求使可充電電池需要具有較低的成本和較高的能量密度。雖然，鋰離子電池已經(jīng)獲得了巨大的成功，但受限于地殼中有限的鋰儲(chǔ)量（僅20 ppm），其在大規(guī)模的電能儲(chǔ)存系統(tǒng)中的應(yīng)用前景并不樂觀。鉀離子電池（PIBs）是未來的替代選擇，這得益于鉀自然豐度（17,000 ppm）所帶來的低成本。此外，鉀具有較低的標(biāo)準(zhǔn)電位（-2.93 V vs.標(biāo)準(zhǔn)氫電極）與鋰很相似（-3.04 V），這表明鉀離子電池可以具有較高的放電電壓平臺(tái)和高能量密度。

研究者們致力于探索可用于鉀離子電池負(fù)極的材料。主要的挑戰(zhàn)在于大尺寸的K+半徑（1.38埃），這導(dǎo)致了大多數(shù)電極較差的離子擴(kuò)散性，雖然其較小的Stokes’半徑可以促進(jìn)電解液中離子的傳輸動(dòng)力學(xué)。此外，在重復(fù)的K+嵌入和脫嵌過程中巨大的體積膨脹會(huì)導(dǎo)致粉化，進(jìn)而造成容量衰減。在先前的報(bào)道中，含碳材料因其穩(wěn)定的循環(huán)性能得到了廣泛的關(guān)注。然而，碳基材料的理論容量通常較低且合成過程復(fù)雜?；谵D(zhuǎn)化和合金化反應(yīng)的負(fù)極材料可以產(chǎn)生更高的理論容量，尤其是Sb2S3，已經(jīng)在鋰/鈉電中得到了廣泛的研究，然而在鉀電中還鮮有報(bào)道。

最近，湖南大學(xué)Quanhui Liu教授和福建海峽工業(yè)石墨烯技術(shù)研究所Bingan Lu教授在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊?ACS Applied Materials Interfaces上發(fā)表題目為：?A Sb2S3?Nanoflower/MXene Composite as an Anodefor Potassium Ion Batteries的研究論文，報(bào)道了一種通過溶劑熱反應(yīng)和退火處理合成的MXene表面自組裝的Sb2S3納米花，具有優(yōu)異的儲(chǔ)鉀性能。

圖1.Ti3C2-Sb2S3復(fù)合物的制備過程以及微觀形貌表征。

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圖2.?Ti3C2-Sb2S3復(fù)合物的HRTEM圖像以及物理成分表征。

圖3.?Ti3C2-Sb2S3復(fù)合物的鉀離子電池電化學(xué)性能測(cè)試。

圖4.?純Sb2S3在充放電過程中的原位XRD Contour圖。

圖5.?Ti3C2-Sb2S3復(fù)合物在循環(huán)過程中的穩(wěn)定性與電化學(xué)性能。

總結(jié)來看，本文所制備的Ti3C2?MXene表面自組裝Sb2S3納米花負(fù)極材料，得益于Ti3C2基質(zhì)的高導(dǎo)電性以及對(duì)于體積膨脹的限制作用，基于轉(zhuǎn)化與合金化反應(yīng)的Sb2S3的高容量貢獻(xiàn)，以及Sb2S3與Ti3C2強(qiáng)有力的界面接觸，使其具有杰出的儲(chǔ)鉀性能。在100 mA g-1的電流密度下可產(chǎn)生461 mAh g-1的高可逆容量，在500次循環(huán)后具有79%的容量保留率的長(zhǎng)循環(huán)壽命以及卓越的倍率性能（在2000 mA g-1的電流密度下可以保持102 mAh g-1的容量）。Ti3C2-Sb2S3負(fù)極啟發(fā)了新的鉀離子電池負(fù)極材料的設(shè)計(jì)策略與方向。

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