钾金属电池被认为是商用磷酸铁锂电池的重要替代品，由于其低成本、低标准氧化还原电位和高钾丰度而在电网规模的储能系统中具有巨大潜力。然而，钾金属负极上的钾枝晶生长、大体积变化和不稳定的固体电解质界面（SEI）阻碍了其应用。尽管与钾金属偶联的导电支架已被广泛提出以解决上述问题，但制备具有不折衷容量的均匀复合材料仍然具有挑战性。最近，武汉理工大学麦立强、北京大学庞全全以及郑州大学牛朝江等提出了一种简便有效的策略来对碳支架进行胺功能化从而构建无枝晶碳基钾复合负极。
文章要点
1）在实验和理论计算的基础上，研究人员发现高度亲钾的胺基会立即将碳支架从非浸润性转变为浸润性。这有助于使得熔融态的金属钾能够沿着碳骨架进行快速扩散渗透。本工作中选择的碳基底可以是活性炭布也可以是碳纸，这说明该策略具有较强的普适性。这些三维碳骨架具有较高的比表面积、丰富的孔道和坚固的内部联通结构，因而能够降低局部电流密度、均化K+离子流分布并适应体积变化。
2）在对称电池中，基于碳布的复合钾负极（K@CC）相比纯金属钾负极表现出更低的过电位、更高的倍率性能以及更长的循环寿命。这些电化学性能的改善主要归功于无枝晶的沉积形貌以及稳定的富含KF的SEI膜。K0.7Mn0.7Ni0.3O2// K@CC全电池在1A/g的大电流下循环8000周后的容量保持率高达68.5%。
参考文献
Jiashen Meng et al, Amine-Wetting-Enabled Dendrite-Free Potassium Metal Anode, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c01432
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c01432
