近日，我院张海娇教授课题组在材料领域的国际高水平期刊《Advanced Functional Materials》（IF=19.924）上分别发表题为“Fundamental understanding and facing challenges in structural design of porous Si-based anodes for lithium-ion batteries” 的综述文章和“Hydrated Bi-Ti-bimetal ethylene glycol: a new high-capacity and stable anode material for potassium-ion batteries”的研究论文。

新能源的研究和开发已成为我国实现碳达峰和碳中和重大战略目标的关键。作为最有应用价值的电化学储能设备之一，锂离子电池凭借其无可比拟的优势，依然是能源市场的主力。其中，硅基负极材料由于硅本身的超高理论容量和丰富的自然储备，在锂离子电池应用中发挥着举足轻重的作用。然而，体相的硅材料因为低的电导、缓慢的反应动力学和巨大的体积膨胀效应等问题，已难以满足当前的商业需求。特别是多孔结构的构建已被视为解决上述问题的有效途径。在该综述中，作者系统总结了多孔硅基负极材料的精细化设计，包括合成方法、形貌和结构的调控、组成的管理及其在锂离子电池中的应用等，并重点概述了硅基多孔材料不同孔参数的调控；同时还深入讨论了电极厚度与曲折度/孔隙率之间的关系以及孔结构与电化学性能之间的关系等。最后，简要介绍了多孔硅基负极在全电池中的商业应用。本综述旨在为高性能多孔硅基锂离子电池负极材料的设计提供理论上的指导和应用上的参考。

如上所述，虽然锂离子电池仍然是目前商业化的主流储能系统，但锂资源的分布不均以及大量的开发使用，导致生产成本大幅度提高，直接影响了其商业化应用。近年来，低成本的钾离子电池已被视为非常有前景的储能系统，且可作为锂离子电池的平价替代。然而，由于钾离子更大的半径导致迟滞的反应动力学和不理想的电化学性能。因此，寻找和开发高性能的电极材料对于钾离子电池的应用是极其重要的。在本工作中，作者报道了一种具有典型层状结构的新型金属有机负极材料Bi-Ti-EG，经原位水合后，其类洋葱型的致密层状结构可转化为相对无序的片层结构（H-Bi-Ti-EG），从而钾离子可以充分进入到整个H-Bi-Ti-EG颗粒中，进而提升了Bi-Ti-EG的储钾性能。研究表明，得益于电化学原位形成的离子导电的金属有机弹性体和弥散分布于其间的超细Bi合金颗粒，能够有效解决钾离子的嵌入/脱出过程中所产生的巨大体积变化，降低其扩散迁移的内阻，从而获得了高容量长循环的钾离子电池负极材料。此外，这种水合的Bi-Ti-EG材料可作为有潜力的高性能储钾负极材料之一。

我校博士生程钟灵为论文1第一作者，张海娇教授为通讯作者；论文2与南京邮电大学合作完成，张海娇教授为共同通讯作者。

以上工作获得了上海市教委曙光学者计划、上海市科委科技创新行动计划和南开大学教育部重点实验室等的资助和支持。

论文链接：

1. https://doi.org/10.1002/adfm.202301109

2. https://doi.org/10.1002/adfm.202300582