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凹面碳球（CCS）由于其獨特的物理化學特性而引起了人們的極大興趣。然而，精確的合成方法仍然很少，因為控制中間前體的動態和非選擇性的變形過程是一個巨大的挑戰。

中南大學周江、史曉東、湖南大學魯兵安等實現了對凹面結構的精確形態調控，以準確解釋碳材料的微觀結構和電化學性能之間的關系。

圖1. CCS樣品的制備及形貌

在有限元模擬的基礎上，作者提出了聚合彎曲理論，分析了CCS材料的形態演變機制。特別是選擇了C30樣品（具有較大的層間間距和較低的石墨化程度）作為研究對象，并對其儲鉀和儲鈉性能進行了進一步研究。有限元模擬結果表明，CCS材料的應力積累是各向異性的，有利于形成均勻的應力分布，從而緩解了應力集中效應，進而避免了循環過程中的結構變形甚至結構失效。

圖2. 應力分布的化學力學模擬結果

受益于結構上的優勢，C30負極在4A g^-1的條件下循環1350次后，儲鉀容量仍保持在104.9 mAh g^-1，對應于每循環2.7%的極低容量衰減率。對于鈉離子電池，在2 A g^-1的條件下，經過2700次循環后可以實現116.4 mAh g^-1的可逆容量。這項工作可能為凹陷中空碳材料的設計開辟了一條新的途徑，并促進其在儲能領域的實際應用。

圖3. 鉀/鈉儲存性能

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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周江/史曉東/魯兵安AEM：凹面碳球的可控設計及儲鉀/鈉性能探究！

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