钾离子电池炭负极材料的研究进展

随着社会对大规模储能系统需求的不断攀升,迫切需要开发可持续、低成本的新型电池技术。鉴于钾离子储量丰富、成本可控,钾离子电池近年来受到越来越多关注。不仅介绍了目前研究较多的几种炭基材料及其储钾性能,还尝试总结了炭基材料可能的储钾机理,展望了钾离子电池用炭基电极材料面临的问题及未来发展方向。

钾离子电池合金负极与电解液界面作用的研究进展

近年来,钾离子电池(KIBs)因钾元素丰度高、氧化还原电位低等优势受到越来越多的关注.负极是电池的重要组成部分之一,直接影响着电池的安全性、稳定性和能量密度.其中,合金负极基于多电子反应机制能够提供较高的理论比容量,有望提升全电池的能量密度.此外,其储钾电位远离了金属钾的沉积/析出电位,保证了电池的安全性.然而,(去)合金化过程中剧烈的体积波动会引起电极材料的破裂和粉化,进而导致容量快速衰减.优化电解液构筑稳定的电极-电解液界面是一种切实有效稳定合金负极结构的方法,主要包括:调控固体电解质膜的组分、调节钾离子的溶剂化结构、利用溶剂对电极的化学吸附作用等.它具备工艺简单、成本低廉等优点.本文综述了近年来钾离子电池合金负极与电解液界面作用的相关研究进展,总结了电解液的优化策略,分析了合金负极的储钾机制和电化学性能,重点阐述了合金负极与电解液的界面作用机制,并对未来钾离子电池电解液的发展提供了新的见解与思路.

碳基负极材料储钾应用及机制研究进展

因钾资源储量丰富,价格低廉,且具有类似于锂的物化特性,钾离子电池(KIBs)的推广应用可解决当前锂离子电池供不应求的问题。比较钠离子而言,钾离子可在商业化石墨负极中可逆嵌脱,这对于钾离子电池的产业化发展具有重大意义。然而钾离子因尺寸较大,嵌脱行为缓慢,引起的体积膨胀剧烈,成为电极材料面临的共性问题。近年来,为寻找具有良好嵌钾能力的材料,多种类型的电极体系被开发出来,其中碳基材料因制备简单、廉价环保、稳定性好的特点,被视为最具储钾前景的关键材料。本文系统概述了几种代表性碳基负极材料(如石墨、石墨烯、硬碳、软碳)在KIBs中的研究现状,阐述了各自存在的优势与不足;重点探讨了碳基材料的储钾机制,分析了由钾离子插层、吸附、填充行为组成的3种储钾机制及对电化学性能的影响,并指出在电极表面发生的离子吸附和填充方式呈现出电容效应,更适合于高性能的可逆储钾。最后,对KIBs的下一步研究方向和应用前景进行展望。

钾离子电池关键电极材料精细结构调控及先进原位表征

高性能钾离子电池的发展及应用是中国战略性新兴产业的重大需求,也是储能二次电池发展的新体系与新方向。然而,目前钾离子电池仍面临扩散动力学慢及输运机制不明、容量衰减快和本征衰减机制难以揭示等难题。本文系统总结了国家自然科学基金重点项目“分级介孔纳米线钾离子电池正极材料的表界面调控及原位作用机制”的最新研究成果,系统阐述了钾离子电池研究中的关键科学问题和技术瓶颈,并提出了解决以上问题和瓶颈的高效策略。