【西安交大科研人員采用新穎的“吹泡泡”法，在鉀離子電池領域取得重要進展】

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，難以滿足當今高速發展的電動汽車等市場對高比能電池的迫切需求，鉀離子電池（PIB）被認為是在低速電動車和規模儲能等應用中部分替代鋰電池的有力競爭者。然而，循環應力導致的電極材料結構破壞和鉀離子（K+）在電池中的電極反應和擴散動力學受限等問題阻礙了鉀離子電池的實用化進程。在已知的各類電極材料中，過渡金屬氧化物和硫屬族化合物具有較高的理論比容量（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的限制，難以兼顧快速的電荷傳導與結構穩定性。清楚了解鉀離子與電極材料活性物質之間的電化學反應機理與反應中間相的特征，是設計高性能電極材料的關鍵，但目前人們對其認知還十分有限。

(資料圖片僅供參考)

針對上述問題，西安交通大學化學學院高國新副教授、丁書江教授與劍橋大學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屬族化合物二維納米復合材料（[emailprotected]），表現出優異的鉀離子電池性能和應用前景。在0.1 A/g電流密度下進行鉀離子半電池充放電測試，可逆比容量達到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，循環壽命長達5000圈。與正極匹配后的鉀離子全電池經120次循環后，容量保持率超過88％，庫侖效率超過99.9％。密度泛函數（DFT）計算表明，硫化鐵（FeS2）比硒化鐵（FeSe2）表面更有利于鉀離子的吸附和擴散，嵌鉀中間相對鉀離子吸附更強；氮摻雜碳包覆層進一步增強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計思想和電化學反應機理研究為開發可實用化高性能電極提供了借鑒。

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交流驅動庫侖耦合雙量子點中的電荷和能量轉移

研究庫侖耦合雙量子點系統中電荷和能量流的動力學時，當兩個點中只有一個由調制其能級的時間周期門絕熱驅動時。盡管庫侖耦合不允許點之間的電子轉移，但它可以在點之間進行能量交換，從而在未驅動的點中引起電荷的時間變化。

我們在平均場內使用時間相關的從動自旋 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相關的主要影響以及驅動的動態特性。我們發現由于點間電子之間的相互摩擦而在未驅動點中感應的電流與在絕熱驅動點中產生的電流具有相同的順序。有趣的是，高達 43% 的交流電源注入的能量可以從驅動點轉移到非驅動點。我們通過研究庫侖相互作用對柵極驅動的量子點電阻的影響來完成我們的分析。

介紹

自 20 世紀 70 年代后期以來，通過庫侖相互作用耦合的導體傳輸研究是一個很有前途的研究領域，當時 Pogrebinskii 提出了一種測量固體內部特性的替代方法，該方法涉及兩個電隔離的 2D 導體（或層）放置得很近一起。

測量協議基于屬于不同導體的電荷載體由于遠程相互作用而感受到的相互摩擦（即，庫侖介導的散射過程）。在這些散射過程中，動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顯著影響是庫侖阻力，其中在一個未偏置的導體（稱為“無源”導體）中感應出充電電流，只需對另一個導體（“有源”導體）施加偏置導體）。這種效應已在各種系統中得到廣泛研究，從分層導體到更小尺寸的系統如耦合量子線甚至雙量子點結構。特別是，參考文獻中報道了由庫侖耦合量子點組成的系統的實驗研究。

更有趣的是，由于庫侖耦合物體之間的能量傳遞，不僅可以在無偏導體中感應出充電電流，還可以感應出熱量和能量流。近年來，由于有可能利用這種能量轉移來開發新型納米技術，這種現象重新點燃了理論界和實驗界對庫侖耦合器件的興趣，尤其是在它們的熱力學方面。一些示例是單電子熱二極管、獨立量子制冷機的實現，以及西拉德發動機、能量收集器在實驗室中的實現，如以及自主的麥克斯韋妖通過使用信息將熱能轉化為功。

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

在這項工作中，我們關注幾個歸結為一個主要問題的現象，即如果有源導體由時間相關的門驅動而不是偏置電壓或熱梯度會發生什么？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之間的能量轉移效率。

研究基本設置中隨時間變化的電荷和能量傳輸，這可以通過實驗實現，如圖 1所示。它由兩個庫侖耦合的量子點組成，即主動點和被動點，它們與兩個處于相同溫度和化學勢的電子庫串聯耦合。只有活性量子點是由絕熱時間周期局域門的應用驅動的，該局域門在儲層的費米能量附近移動其能級。

從理論的角度來看，由偏置電壓或熱梯度驅動的庫侖耦合量子點系統以前主要通過主方程方法的資源進行研究，在與儲層與溫度和庫侖相互作用U 相比可以忽略不計。結果還通過使用非平衡非交叉近似 (NCA) 來呈現相當高的溫度，因為這種方法在低于特征 Kondo 溫度的極低溫度下失敗。另一方面，在類似系統中以及在存在絕熱時間相關驅動的情況下，主方程的使用在參考文獻中得到了解決。在低溫和小的相互作用U，，參考文獻。

表明提供了最可靠的描述。然而，在這項工作中，我們專注于一個不同的有趣機制，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動相互作用系統，我們使用參考文獻中的平均場從動自旋 1 方法。有效地捕捉了庫侖耦合的主要影響以及驅動的動態特性。正如我們在下面討論的那樣，從動自旋方法實現了一個適合處理強電子-電子相互作用的平均場。

近日，華為技術有限公司公開“一種硬碳負極材料、鋰離子電池及其制備方法和應用”專利，公開號為CN112645300A。

專利摘要顯示，該發明公開了一種硬碳負極材料、鋰離子電池及其制備方法和應用。該發明制得的硬碳負極材料屬于典型的無定型炭，熱解收率高，其作為負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，且性質穩定，批次一致性良好。

制備方法包括以下步驟：

碳源前驅體粉體與添加劑經交聯反應，制得改性碳源前驅體；添加劑包括交聯劑、改性劑和分散助劑；

將改性碳源前驅體依次經熱處理、降溫、與富鋰劑混合后，制得改性硬碳前驅體；

將改性硬碳前驅體經真空碳化，即得硬碳負極材料。

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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