鉀金屬電池由于其幾乎取之不盡、用之不竭的廣泛鉀資源，已經(jīng)成為大規(guī)模儲能有希望的候選者之一。但K⁺的不均勻沉積和枝晶在負(fù)極上的生長導(dǎo)致電池過早失效，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。

圖1 材料制備及表征

中科院金屬所李峰、東北大學(xué)駱文彬等探索了一種通過親鉀多孔互連介質(zhì)增強(qiáng)傳質(zhì)的集成負(fù)極，以提高K⁺的動力學(xué)傳輸和均勻的沉積行為。具體而言，互聯(lián)的碳質(zhì)納米纖維基體（CNM）與ZIF-67衍生的鈷修飾多孔氮、氧共摻雜碳（Co/NOC）被精心設(shè)計(jì)為互聯(lián)介質(zhì)，通過與鉀金屬冷軋，被集成到一個(gè)耐用的鉀金屬負(fù)極（表示為K-Co/NOC/CNM）。負(fù)極中分布的互連多孔介質(zhì)可以縮短K⁺的傳輸距離，也可以減少沉積/剝離過程中的內(nèi)應(yīng)力。

更重要的是，親鉀特性提供了與K⁺的強(qiáng)烈互動，推動了快速遷移。同時(shí)，Co和N，O共摻雜碳（NOC）的耦合允許碳表面富集電子，從而加速了K⁺在表面的還原。

圖2 電化學(xué)性能研究

受益于離子和電子傳輸?shù)耐瑫r(shí)調(diào)節(jié)，這項(xiàng)工作開發(fā)了一種具有無枝晶表面的耐用鉀金屬負(fù)極。在碳酸酯電解液中，在1 mA cm^-2/1 mAh cm^-2的條件下，它能維持1000小時(shí)的優(yōu)秀循環(huán)穩(wěn)定性。

當(dāng)K-Co/NOC/CNM與苝-3，4，9，10-四羧酸二酐（PTCDA）組裝成全電池作為正極時(shí)，在10C下循環(huán)100次后，它的比容量可達(dá)69.8 mAh g^-1。總體而言，這種通過重復(fù)冷軋和折疊工藝制備的具有快速K⁺動力學(xué)的集成負(fù)極為構(gòu)建高性能的無枝晶鉀金屬電池提供了一個(gè)新的途徑。

圖3 原位可視化鉀沉積過程

Durable Integrated K-Metal Anode with Enhanced Mass Transport through Potassiphilic Porous Interconnected Mediator. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202304292