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美国东北大学开发无枝晶钾阳极将电池循环稳定性延长至2000小时以上

盖世汽车 Elisha 2024-09-24 10:07:53

核心提示：这种界面提高了离子和电子的传输动力学，使阳极具有改善的电化学性能，并将循环稳定性延长至超过2000小时。

盖世汽车讯现在，钾金属电池（PMB）日益受到关注，有望成为具有成本效益的锂离子电池替代品。这要归功于钾的储量丰富，并且具有类似的化学性质。然而，由于不受控枝晶生长和界面不稳定性等问题，PMB的性能受到影响。这提出了一个重大挑战，需要通过新解决方来稳定阳极界面并阻止枝晶生长。

（图片来源：eScience）

据外媒报道，美国东北大学（Northeastern University）的研究人员及其合作者提出创新方法，以在钾金属上构建富含KF/Zn的混合界面层。这种界面可以提高离子和电子的传输动力学，使阳极具有改善的电化学性能，并将循环稳定性延长至超过2000小时。相关论文发表在期刊《eScience》上，名为“利用反应性预润湿化学实现无枝晶金属钾阳极（Realizing a Dendrite-Free Metallic-Potassium Anode Using Reactive Prewetting Chemistry）”。

该团队在钾金属阳极上开发了KF/Zn混合界面层，利用反应性预润湿技术来提高电池稳定性和效率。氟化钾（KF）作为强大的电子隧道势垒（electron tunneling barrier），可以抑制枝晶生长，而锌纳米晶体能够增强电导率和离子传输。这种双层界面可以稳定阳极，促进无缝的离子和电子流动，对实现长期电池性能十分重要。

研究表明，使用KF/Zn@K阳极的电池可以在2000多小时内保持稳定循环，并保持最小电压波动和无枝晶状态。使用这种阳极的全电池（Full battery cells）也在3000多次循环中表现出高可逆容量（61.6 mAh/g at 5 C），这标志着向更安全、更高性能的钾金属电池（用于大规模储能）迈出了重要一步。

首席研究员Wen-Bin Luo表示：“这项研究为钾金属电池中持续存在的枝晶生长问题提供了直接而有效的解决方案。通过设计可以平衡离子和电子传输的混合界面层，我们不仅增强了电池性能，而且明显提高了安全性，这使PMB更适合广泛的储能应用。”

这种无枝晶钾金属阳极的出现，为开发更安全、更可靠的PMB提供了新的机会，对于实现大型储能系统具有重要意义。这一突破解决了关键的安全挑战，并提供了一种可扩展方法以提高未来电池的能量密度和寿命时间，有望彻底改变可再生储能技术领域。