由于锂的储量有限且价格昂贵，已无法满足人们对电化学储能的强烈需求，而钠离子和钾离子电池因钠和钾资源丰富且成本低廉，在规模储能领域备受关注。然而由于钠石墨插层化合物的热力学不稳定，石墨不能用作钠电的负极材料，却可以与钾形成稳定的插入层化合物（KC8）并提供279 mAh g−1的理论比容量，因此钾离子电池的发展拥有更大的潜力和应用前景。但是石墨在钾离子嵌入过程引起的严重体积膨胀（~60%）会导致材料结构破坏和性能衰减。近年来，由于前体来源广泛、环境友好和低成本等优势，生物质衍生的硬碳引起了极大的关注。一些生物质资源具有独特的内部微观结构，在碳化后可以得到有效保留，进一步地提高储钾能力。尽管如此，初始库伦效率和比容量低以及循环稳定性差等问题仍然限制其在钾离子电池中的应用。
针对上述问题，北京航空航天大学朱禹洁课题组报道了一种椰子壳衍生的硬碳材料 (CS-HC)，其具有大的层间距结构（0.393 nm）和超低的比表面积（3.72 m2 g−1）。电化学测试表明，CS-HC具有高初始库伦效率（87.32%），在50 mA g−1的电流密度下可提供287.7 mAh g−1的高比容量，100 次循环后容量保持率高达92.8%。此外，由K2Mn[Fe(CN)6]正极与CS-HC负极（两者均未预循环）组装的全电池表现出良好的循环稳定性。非原位拉曼光谱结合循环伏安法测试表明，CS-HC的电荷存储过程包括高电压下K+活性位点的(赝)电容吸附/解吸和低电压下固态扩散控制的K+嵌入/脱出，其中(赝)电容行为起主导作用，因此，CS-HC电极在循环过程中的体积膨胀率≤5.3 vol.%。该工作为高性能钾离子电池负极材料的设计提供了独特的研究思路。
Lulu Tan, Jiale Chen, Linlin, Wang, Nan Li, Yusi Yang, Yifan Chen, Lin Guo, Xiao Ji, and Yujie Zhu*. High-Coulombic-Efficiency Hard Carbon Anode Material for Practical Potassium-Ion Batteries. Batteries & Supercaps 2024, 7, e202400010.
https://doi.org/10.1002/batt.202400010
