碳達峰、碳中和“30·60”戰略目標是我國新時期高質量發展的關鍵目標，先進炭材料的設計與新型綠色儲能系統的開發是結合我校特色，實現雙碳目標高效而可靠的途徑。目前，日益增長的能源需求亟需安全、廉價、可規模化的高性能電池技術的發展。鉀離子電池作為新興儲能體系，因鉀資源儲量豐富、氧化還原電勢較低等優勢，在對體積能量密度要求不高的大型儲能領域表現出極具潛力的應用前景。炭材料因其有物理化學性能穩定、成本低、可設計性強的特點，被認為是最具應用潛力的鉀離子電池負極材料。開發高性能炭負極材料是發展高能量密度鉀離子電池的關鍵。

近日，我校材料與物理學院青年教師陳亞鑫與鞠治成副教授在炭材料及儲能應用領域取得重要進展。針對高缺陷炭負極電化學儲鉀容量與穩定性難以兼顧的問題，報道一種原位缺陷選擇性調變與導電骨架搭建策略，通過熱力學與動力學雙重調控，提高缺陷炭負極電化學儲鉀綜合性能。

該工作基于氣體逸出與表面張力誘導作用，原位實現缺陷選擇性調變與類石墨骨架構筑，獲得兼具高碳空位缺陷密度、高本征導電性的富缺陷炭納米片。結果表明，碳空位被證明具有相比于雜原子缺陷更高的儲鉀可逆性與更快的離子/電子動力學性質，并且其周圍π-共軛結構殼有助于進一步構建快速電子遷移通道。缺陷調變與導電網絡構筑的雙重設計是促進富缺陷炭材料穩定、快速電化學儲鉀的關鍵。熱力學與動力學雙重調控是提升炭負極電化學儲鉀性能的關鍵。并且相比于動力學過程，缺陷位點及其周邊環境的熱力學性質對電化學儲鉀可逆性與倍率性能影響更大。相關研究為鉀離子電池炭負極材料設計相關基礎研究提供啟發性見解與理論支持，對實現高容量、高倍率、長壽命電化學儲能器件設計與應用具有重要意義。

圖1 缺陷炭材料制備與電化學儲鉀熱力學動力學機制

圖2 炭材料缺陷結構設計及電化學儲鉀

相關成果以“Defect-Selectivity and ‘Order in Disorder’ Engineering in Carbon for Durable and Fast Potassium Storage”為題發表于國際頂級綜合類學術期刊Advanced Materials（IF=30.85），并被評選為Frontispiece。材料與物理學院陳亞鑫老師為論文第一作者，材料與物理學院鞠治成副教授與山東大學熊勝林教授為共同通訊作者，中國礦業大學為第一單位。