水系钾离子电池（AKIBs）由于其优异的性能和在便携式和电网规模应用中安全、低成本存储的内在优势而受到人们长期追求。然而，AKIBs中存在的严重问题是较差的循环稳定性差和倍率性能，这是由于具有明显大离子半径的钾离子不可避免地引起晶体结构的不稳定所致。
基于此，中国科学院过程工程研究所Yanlei Wang，何宏艳研究员，香港城市大学支春义教授报道了通过将商用氧化钒（α-V2O5）重构为δ-K0.5V2O5（KVO）纳米带，作为正极材料以解决AKIBs存在的问题，该正极材料具有扩大空间的层状结构和各向异性的储钾路径。
文章要点
1）通过比较研究初始α-V2O5和重构的KVO电极的电化学性能，研究人员发现，KVO电极具有更高的容量、更快的各向异性传输通道（具有更高的倍率稳定性）和强健的结构可逆性（循环稳定性更出色）。具体地说，KVO电极在1 C时的容量为116 mAh g−1，在50 C时的倍率容量保持率为65 mAh g−1，在1 C下的耐久循环性能为1000次循环，容量保持率为88.2%。因此，KVO电极上实现了K-离子存储的目标倍率性能和循环稳定性。
2）通过原位表征，研究人员发现，KVO电极经历了可逆的相变过程，并在钾化/脱钾过程中保持其结构不变。密度泛函理论（DFT）结果表明，各向异性K离子输运沿[100]方向具有较低的扩散能垒，同时，KVO晶体具有较高的电导率，这两个因素共同促成了KVO超高的倍率性能。
3）研究人员将有机3,4,9,10-均四羧酸二酰亚胺（PtCDI）负极与KVO正极组合，制备了具有优良循环稳定性的全AKIB。结果显示，在10 C下循环20,000次后容量保持率为77.3%。此外，该全AKIB还具有对−30 °C的良好低温适应性。
这项研究可以作为一个模型系统，以吸引人们更多的关注开发高性能的AKIBs和进一步的现实应用。
参考文献
Guojin Liang, et al, Reconstructing Vanadium Oxide with Anisotropic Pathways for a Durable and Fast Aqueous K‑Ion Battery, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c05678
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05678
