钾金属电池（KMBs，PMBs）和钾离子电池（KIBs，PIBs）正引起越来越多的科学关注。钾基电化学存储的目标应用是各种固定式电能存储系统（ESSs），与锂离子电池（LIBs）相比，ESSs具有成本和供应优势。此外，钾基电化学储能体系也可能具有电化学优势，在酯类和醚类电解质中，K离子比Li或Na离子具有更弱的Lewis酸性、更小的Stokes半径和更高的迁移率。然而， K金属阳极与有机电解质的高反应性导致不稳定的固体电解质界面（SEI）和伴随的枝晶生长。K枝晶的生长是一个复杂的现象，它与多种因素有关，包括K离子和电子的不均匀扩散以及负极-电解液界面的化学反应和电化学反应。

近日，得克萨斯大学奥斯汀分校David Mitlin，Pengcheng Liu首次报道了一种多功能钾金属电池隔膜。

文章要点

1）研究发现，聚丙烯上的双层流延微米级AlF₃（AlF₃@PP）具有最先进的电化学性能：对称电池在0.5 mA cm^-2和0.5 mAh cm^-2下，循环1000次(2000小时)后，性能稳定，过电位为0.042 V。此外，在5.0 mA cm^-2下，循环600次（14400分钟）后仍保持了稳定性，过电位为0.138 V。

2）研究发现，循环后的镀层表面无枝晶，而剥离后的镀层表面有光滑的SEI。传统的PP电池很快失效，在电镀时出现K枝晶，在剥离时出现“死金属”和SEI团块。

3）含AlF₃@PP的六氰亚铁酸钾(III)正极KMBs的容量保持率在100次循环中为91%，而在100次循环中为58%。研究发现，AlF₃与K部分反应生成含有KF、AlF₃和Al₂O₃相的人工SEI。AlF3@PP促进了电解质的完全润湿和吸收，改善了离子导电性，增加了离子迁移数。¹⁹F NMR表明，较高的K⁺迁移数归因于AlF₃与FSI^-离子之间的强相互作用。

4）研究发现，润湿性和性能的提高具有通用性，这在酯基和醚基溶剂、K-盐、Na-盐或Li盐以及不同的商业隔膜中都得到了证实。

参考文献

Pengcheng Liu, et al, Multifunctional Separator Allows Stable Cycling of Potassium Metal Anodes and of Potassium Metal Batteries, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202105855

https://doi.org/10.1002/adma.202105855