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申澤鑲/劉曉旭/郭海最新EER評述文章：層狀碳材料結(jié)晶度和缺陷對鉀存儲的影響

層狀碳材料（LCMs）由基本的碳層單元組成，如石墨、軟碳、硬碳和石墨烯等。雖然它們已廣泛應(yīng)用于鉀離子電池的負極，但各種LCM的儲鉀機制和性能是孤立的，難以相互關(guān)聯(lián)。

更重要的是，缺乏對基本微觀結(jié)構(gòu)單元（結(jié)晶度和缺陷）與鉀儲存行為之間相關(guān)性的系統(tǒng)理解。

在此，新加坡南洋理工大學(xué)申澤鑲教授、陜西科技大學(xué)劉曉旭教授及大連民族大學(xué)郭海副教授等人探討了影響LCMs鉀存儲的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)因素，即碳層的結(jié)晶度和缺陷。作者從各種數(shù)據(jù)庫和文獻中提取了表征不同碳材料結(jié)晶度和缺陷的關(guān)鍵參數(shù)(L_a, L_c, d₀₀₂, I_D/I_G)，建立了LCMs的結(jié)構(gòu)-性能數(shù)據(jù)庫，并系統(tǒng)地分析了這些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對鉀儲存性質(zhì)的影響，包括容量、倍率和工作電壓平臺。

基于結(jié)構(gòu)-性能數(shù)據(jù)庫分析和熱力學(xué)、動力學(xué)的指導(dǎo)，建立了各種LCM與鉀儲存性能之間的關(guān)系。

圖1. LCM關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的概述和數(shù)據(jù)整理

儲鉀性能受多種結(jié)構(gòu)因素交織影響，在機器學(xué)習中利用LCMs的結(jié)構(gòu)-性能數(shù)據(jù)庫預(yù)測最佳結(jié)構(gòu)和性能，更有利于揭示復(fù)雜數(shù)據(jù)中的規(guī)律。

最后，作者借助機器學(xué)習，首次利用層狀碳負極的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對儲鉀性能進行預(yù)測，使數(shù)據(jù)庫中的海量研究數(shù)據(jù)能夠更有效地指導(dǎo)未來LCM的科學(xué)研究和工程應(yīng)用。預(yù)測結(jié)果不可避免地存在一些誤差，但這項工作對今后電極材料的設(shè)計具有非常高的科學(xué)和工程意義。

圖2. 基于LCMs構(gòu)建高性能鉀離子電池的綜合思考

Effects of Crystallinity and Defects of Layered Carbon Materials on Potassium Storage: A Review and Prediction, Electrochemical Energy Reviews 2021. DOI: 10.1007/s41918-021-00114-6

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