可充电钾基储能器件具有无毒、安全、丰度高等突出优势，是极具应用潜力的新一代储能体系。然而，由于钾离子尺寸较大，在多次充电/放电过程中往往会造成较大的晶格应变，造成电极材料粉化和较差的循环稳定性，这使得面对可充电钾基储能器件的电极材料设计充满挑战。

鉴于此，物理科学学院李洪森教授设计并研发了一类具有中空棱柱结构的FeTiO₃储钾材料，并明晰了其储钾机制。相关研究成果以“Understanding the predominant potassium-ion intercalation mechanism of single-phased bimetal oxides by in situ magnetometry”为题发表在国际顶刊《Nano Letters》上。青岛大学为独立完成单位，李洪森教授为通讯作者，课题组研究生赵忠晨（被复旦大学录取攻读博士学位）、张昊（被复旦大学录取攻读博士学位）、李菲（被南开大学录取攻读博士学位）为共同第一作者。

在该项研究中，李洪森教授及团队成员通过多种实验表征以及相关理论计算阐明了FeTiO₃材料在储钾中以嵌入机理为主，伴随少量转化反应，与FeTiO₃材料储锂和储钠过程转化型机理有着本质的区别，这是由于K离子嵌入时Fe原子周围的再杂化程度高于其他金属离子（如Li和Na）所导致。得益于特殊的结构设计，中空棱柱FeTiO₃材料在钾离子嵌入/脱嵌过程中表现出快速的动力学响应，实现了高能量密度（217 Wh kg^-1）、高功率密度（5000 W kg^-1）以及出色的循环稳定性（在1000 mA g^-1下循环10000次后容量保持率>92%）。该工作揭示了一种全新的以嵌入机理为主，伴随少量转化的储钾机制，并为设计制备具有优异电化学性能的可充电钾基储能器件电极材料提供了重要理论依据。

论文信息：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03849.