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郭林/朱禹潔/王江偉ACS Nano：硫化聚丙烯腈作為高性能低體積變化的儲鉀負極

由于鉀資源豐富，鉀離子電池（KIBs）被認為是一種低成本的電化學儲能技術，然而其實際應用受到負極材料電化學性能不理想的阻礙。這些負極材料在鉀化-脫鉀過程中通常會經歷較大的體積變化，從而限制了循環壽命。

在此，北京航空航天大學郭林教授、朱禹潔教授以及浙江大學王江偉研究員等人證明通過采用高濃度的基于酰亞胺鹽的不可燃電解液來構建穩定且保護性的固體電解質中間相 (SEI) 層，硫化聚丙烯腈（S-PAN）能夠用作KIB的有希望的負極候選者。

當在0.1~2.5 V (vs K⁺/K)的典型電壓范圍內進行測試時，S-PAN負極能夠提供良好的電化學性能，具有569 mAh g^-1的高可逆容量且1500次循環后無容量衰減（運行時間約為188天）。

圖1. S-PAN作為KIB負極材料的電化學表征

非原位光譜和原位顯微表征表明，S-PAN卓越的電化學性能歸因于其共價 C-S和S-S鍵的高度可逆性，這些鍵在鉀化-脫鉀過程中經歷了重復的裂解-重聚，伴隨著相對較小的體積變化（小于24.2%）。

隨后，通過將高壓 K₂MnFe(CN)₆正極與高容量S-PAN負極配對構建的全電池表現出有吸引力的能量密度（290.9 Wh kg^-1）和長期循環穩定性（1200次循環后容量保持率為95.4%）。鑒于負極和正極材料的高性能和低成本，相信目前的全電池有望成為成本敏感的電網規模應用的有競爭力的儲能系統。

圖2. K₂MnFe(CN)₆||S-PAN全電池的電化學性能

Sulfurized Polyacrylonitrile as a High-Performance and Low-Volume Change Anode for Robust Potassium Storage, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c07990

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