深圳先進(jìn)院開發(fā)出基于有機(jī)負(fù)極的鉀基雙離子電池

　　【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其團(tuán)隊(duì)成員成功研發(fā)出基于有機(jī)負(fù)極的高倍率、長(zhǎng)循環(huán)鉀基雙離子電池。
 

　　雙離子電池的工作原理也有別于傳統(tǒng)鋰離子電池，充電過程中，正極石墨發(fā)生陰離子插層反應(yīng)，而鋁負(fù)極發(fā)生鋁—鋰合金化反應(yīng)，放電過程則相反。這種新型反應(yīng)機(jī)理不僅顯著提高了電池的工作電壓(3.8—4.6V)，同時(shí)大幅降低電池的質(zhì)量、體積及制造成本，從而全面提升了電池的能量密度，從而提高電池的續(xù)航時(shí)間。
 

　　鉀基雙離子電池(K-DIBs)由于具有低成本、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，在規(guī)?；瘍?chǔ)能領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。然而，由于K+離子半徑大以及與溶劑分子存在共插入的問題，采用傳統(tǒng)石墨類材料作為負(fù)極易導(dǎo)致電池動(dòng)力學(xué)緩慢，并且石墨類負(fù)極在充放電過程中易發(fā)生剝離現(xiàn)象。
 

　　鉀離子在溶液中無氧化性，在熔融狀態(tài)下顯極弱的氧化性，一般不與其它離子反應(yīng)。但高氯酸根離子可以與鉀離子結(jié)合成微溶的高氯酸鉀沉淀，鉀離子其它沉淀有酒石酸氫鉀、六氯鉑酸鉀、氟鋯酸鉀、鈷亞硝酸鈉鉀、四苯硼酸鉀等。鉀離子的焰色反應(yīng)為紫色，需透過藍(lán)色鈷玻璃(防止Na+的干擾)看到，在溶液中鉀離子為無色。
 

　　鑒于此，唐永炳及團(tuán)隊(duì)成員于奧、潘慶廣、張苗等人考察了多種有機(jī)材料作為K-DIBs負(fù)極的潛在應(yīng)用，擬通過有機(jī)材料的柔性結(jié)構(gòu)和大量活性位點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)，以期實(shí)現(xiàn)雙離子電池性能的顯著提升。此外，為了提高離子擴(kuò)散通道，同時(shí)縮短其擴(kuò)散路徑，團(tuán)隊(duì)采用一種冷凍干燥方法成功制備出3D多孔K2TP有機(jī)負(fù)極材料(pK2TP)，顯著提升其動(dòng)力學(xué)性能。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將具有良好動(dòng)力學(xué)的多孔有機(jī)負(fù)極與低成本、環(huán)保的膨脹石墨(EG)正極相結(jié)合，成功構(gòu)筑了一種新型的鉀基雙離子電池(pK2TP//EG)。研究結(jié)果表明，該新型鉀基雙離子電池具有優(yōu)異的倍率性能(20 C)和長(zhǎng)循環(huán)壽命，2000次循環(huán)后的容量保持率為~100%。該研究拓展了鉀離子負(fù)極材料的選擇范圍，為發(fā)展新型儲(chǔ)能器件提供了新思路。
 

　　資料來源：百科、深圳先進(jìn)技術(shù)研究院