【西安交大科研人員采用新穎的“吹泡泡”法，在鉀離子電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展】

由于地殼中鋰資源（0.0017 wt%）和鈷資源（0.001 wt%）非常有限且分布不均，難以滿足當(dāng)今高速發(fā)展的電動(dòng)汽車等市場對高比能電池的迫切需求，鉀離子電池（PIB）被認(rèn)為是在低速電動(dòng)車和規(guī)模儲(chǔ)能等應(yīng)用中部分替代鋰電池的有力競爭者。然而，循環(huán)應(yīng)力導(dǎo)致的電極材料結(jié)構(gòu)破壞和鉀離子（K+）在電池中的電極反應(yīng)和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)受限等問題阻礙了鉀離子電池的實(shí)用化進(jìn)程。在已知的各類電極材料中，過渡金屬氧化物和硫?qū)僮寤衔锞哂休^高的理論比容量（通常大于400 mAh/g）。其中，來源廣泛、成本低廉且低毒性的鐵基材料備受研究者青睞。但受其本征物理化學(xué)的限制，難以兼顧快速的電荷傳導(dǎo)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。清楚了解鉀離子與電極材料活性物質(zhì)之間的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理與反應(yīng)中間相的特征，是設(shè)計(jì)高性能電極材料的關(guān)鍵，但目前人們對其認(rèn)知還十分有限。

(資料圖片僅供參考)

針對上述問題，西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院高國新副教授、丁書江教授與劍橋大學(xué)石墨烯中心郗凱博士合作，采用一種新穎的“吹泡泡”法制備出氮摻雜碳包覆的鐵基硫?qū)僮寤衔锒S納米復(fù)合材料（[emailprotected]），表現(xiàn)出優(yōu)異的鉀離子電池性能和應(yīng)用前景。在0.1 A/g電流密度下進(jìn)行鉀離子半電池充放電測試，可逆比容量達(dá)到525.5 mAh/g；在10 A/g的高電流密度下的可逆比容量仍有154.7 mAh/g，循環(huán)壽命長達(dá)5000圈。與正極匹配后的鉀離子全電池經(jīng)120次循環(huán)后，容量保持率超過88％，庫侖效率超過99.9％。密度泛函數(shù)（DFT）計(jì)算表明，硫化鐵（FeS2）比硒化鐵（FeSe2）表面更有利于鉀離子的吸附和擴(kuò)散，嵌鉀中間相對鉀離子吸附更強(qiáng)；氮摻雜碳包覆層進(jìn)一步增強(qiáng)了電極材料和鉀離子的相互作用。本工作提出的高性能電極材料設(shè)計(jì)思想和電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究為開發(fā)可實(shí)用化高性能電極提供了借鑒。

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交流驅(qū)動(dòng)庫侖耦合雙量子點(diǎn)中的電荷和能量轉(zhuǎn)移

研究庫侖耦合雙量子點(diǎn)系統(tǒng)中電荷和能量流的動(dòng)力學(xué)時(shí)，當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)中只有一個(gè)由調(diào)制其能級的時(shí)間周期門絕熱驅(qū)動(dòng)時(shí)。盡管庫侖耦合不允許點(diǎn)之間的電子轉(zhuǎn)移，但它可以在點(diǎn)之間進(jìn)行能量交換，從而在未驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)中引起電荷的時(shí)間變化。

我們在平均場內(nèi)使用時(shí)間相關(guān)的從動(dòng)自旋 1 公式來描述低溫下電子相互作用的影響，該公式有效地捕捉了強(qiáng)相關(guān)的主要影響以及驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性。我們發(fā)現(xiàn)由于點(diǎn)間電子之間的相互摩擦而在未驅(qū)動(dòng)點(diǎn)中感應(yīng)的電流與在絕熱驅(qū)動(dòng)點(diǎn)中產(chǎn)生的電流具有相同的順序。有趣的是，高達(dá) 43% 的交流電源注入的能量可以從驅(qū)動(dòng)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到非驅(qū)動(dòng)點(diǎn)。我們通過研究庫侖相互作用對柵極驅(qū)動(dòng)的量子點(diǎn)電阻的影響來完成我們的分析。

介紹

自 20 世紀(jì) 70 年代后期以來，通過庫侖相互作用耦合的導(dǎo)體傳輸研究是一個(gè)很有前途的研究領(lǐng)域，當(dāng)時(shí) Pogrebinskii 提出了一種測量固體內(nèi)部特性的替代方法，該方法涉及兩個(gè)電隔離的 2D 導(dǎo)體（或?qū)樱┓胖玫煤芙黄稹?/p>

測量協(xié)議基于屬于不同導(dǎo)體的電荷載體由于遠(yuǎn)程相互作用而感受到的相互摩擦（即，庫侖介導(dǎo)的散射過程）。在這些散射過程中，動(dòng)量和能量可以在層與層之間傳遞，盡管彼此之間是電隔離的。

這種相互摩擦的一個(gè)顯著影響是庫侖阻力，其中在一個(gè)未偏置的導(dǎo)體（稱為“無源”導(dǎo)體）中感應(yīng)出充電電流，只需對另一個(gè)導(dǎo)體（“有源”導(dǎo)體）施加偏置導(dǎo)體）。這種效應(yīng)已在各種系統(tǒng)中得到廣泛研究，從分層導(dǎo)體到更小尺寸的系統(tǒng)如耦合量子線甚至雙量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。特別是，參考文獻(xiàn)中報(bào)道了由庫侖耦合量子點(diǎn)組成的系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。

更有趣的是，由于庫侖耦合物體之間的能量傳遞，不僅可以在無偏導(dǎo)體中感應(yīng)出充電電流，還可以感應(yīng)出熱量和能量流。近年來，由于有可能利用這種能量轉(zhuǎn)移來開發(fā)新型納米技術(shù)，這種現(xiàn)象重新點(diǎn)燃了理論界和實(shí)驗(yàn)界對庫侖耦合器件的興趣，尤其是在它們的熱力學(xué)方面。一些示例是單電子熱二極管、獨(dú)立量子制冷機(jī)的實(shí)現(xiàn)，以及西拉德發(fā)動(dòng)機(jī)、能量收集器在實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)現(xiàn)，如以及自主的麥克斯韋妖通過使用信息將熱能轉(zhuǎn)化為功。

在解決庫侖耦合系統(tǒng)中熱傳輸和熵產(chǎn)生研究的最新作品中，我們找到了參考文獻(xiàn)。用于雙量子點(diǎn)電路，在耦合庫侖阻塞金屬島和量子線的情況下。

在這項(xiàng)工作中，我們關(guān)注幾個(gè)歸結(jié)為一個(gè)主要問題的現(xiàn)象，即如果有源導(dǎo)體由時(shí)間相關(guān)的門驅(qū)動(dòng)而不是偏置電壓或熱梯度會(huì)發(fā)生什么？自然問題涉及庫侖耦合給出的摩擦對低溫下量子泵浦范圍的影響、能量耗散和庫侖耦合點(diǎn)之間的能量轉(zhuǎn)移效率。

研究基本設(shè)置中隨時(shí)間變化的電荷和能量傳輸，這可以通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，如圖 1所示。它由兩個(gè)庫侖耦合的量子點(diǎn)組成，即主動(dòng)點(diǎn)和被動(dòng)點(diǎn)，它們與兩個(gè)處于相同溫度和化學(xué)勢的電子庫串聯(lián)耦合。只有活性量子點(diǎn)是由絕熱時(shí)間周期局域門的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的，該局域門在儲(chǔ)層的費(fèi)米能量附近移動(dòng)其能級。

從理論的角度來看，由偏置電壓或熱梯度驅(qū)動(dòng)的庫侖耦合量子點(diǎn)系統(tǒng)以前主要通過主方程方法的資源進(jìn)行研究，在與儲(chǔ)層與溫度和庫侖相互作用U 相比可以忽略不計(jì)。結(jié)果還通過使用非平衡非交叉近似 (NCA) 來呈現(xiàn)相當(dāng)高的溫度，因?yàn)檫@種方法在低于特征 Kondo 溫度的極低溫度下失敗。另一方面，在類似系統(tǒng)中以及在存在絕熱時(shí)間相關(guān)驅(qū)動(dòng)的情況下，主方程的使用在參考文獻(xiàn)中得到了解決。在低溫和小的相互作用U，，參考文獻(xiàn)。

表明提供了最可靠的描述。然而，在這項(xiàng)工作中，我們專注于一個(gè)不同的有趣機(jī)制，其中溫度非常低且相互作用UU?ΓU/Γ大于雜交。為了描述后一種情況下的絕熱驅(qū)動(dòng)相互作用系統(tǒng)，我們使用參考文獻(xiàn)中的平均場從動(dòng)自旋 1 方法。有效地捕捉了庫侖耦合的主要影響以及驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性。正如我們在下面討論的那樣，從動(dòng)自旋方法實(shí)現(xiàn)了一個(gè)適合處理強(qiáng)電子-電子相互作用的平均場。

近日，華為技術(shù)有限公司公開“一種硬碳負(fù)極材料、鋰離子電池及其制備方法和應(yīng)用”專利，公開號(hào)為CN112645300A。

專利摘要顯示，該發(fā)明公開了一種硬碳負(fù)極材料、鋰離子電池及其制備方法和應(yīng)用。該發(fā)明制得的硬碳負(fù)極材料屬于典型的無定型炭，熱解收率高，其作為負(fù)極材料制備得到的鋰離子電池的首次可逆容量高，首次庫倫效率高，且性質(zhì)穩(wěn)定，批次一致性良好。

制備方法包括以下步驟：

碳源前驅(qū)體粉體與添加劑經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)，制得改性碳源前驅(qū)體；添加劑包括交聯(lián)劑、改性劑和分散助劑；

將改性碳源前驅(qū)體依次經(jīng)熱處理、降溫、與富鋰劑混合后，制得改性硬碳前驅(qū)體；

將改性硬碳前驅(qū)體經(jīng)真空碳化，即得硬碳負(fù)極材料。

本文庫倫效率，庫倫效率和能量效率到此分享完畢，希望對大家有所幫助。

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