深圳先进院开发出基于有机负极的钾基双离子电池

　　【仪表网 仪表研发】近日，中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究员唐永炳及其团队成员成功研发出基于有机负极的高倍率、长循环钾基双离子电池。
 

　　双离子电池的工作原理也有别于传统锂离子电池，充电过程中，正极石墨发生阴离子插层反应，而铝负极发生铝—锂合金化反应，放电过程则相反。这种新型反应机理不仅显著提高了电池的工作电压(3.8—4.6V)，同时大幅降低电池的质量、体积及制造成本，从而全面提升了电池的能量密度，从而提高电池的续航时间。
 

　　钾基双离子电池(K-DIBs)由于具有低成本、环保等优势，在规模化储能领域具有良好的应用前景。然而，由于K+离子半径大以及与溶剂分子存在共插入的问题，采用传统石墨类材料作为负极易导致电池动力学缓慢，并且石墨类负极在充放电过程中易发生剥离现象。
 

　　钾离子在溶液中无氧化性，在熔融状态下显极弱的氧化性，一般不与其它离子反应。但高氯酸根离子可以与钾离子结合成微溶的高氯酸钾沉淀，钾离子其它沉淀有酒石酸氢钾、六氯铂酸钾、氟锆酸钾、钴亚硝酸钠钾、四苯硼酸钾等。钾离子的焰色反应为紫色，需透过蓝色钴玻璃(防止Na+的干扰)看到，在溶液中钾离子为无色。
 

　　鉴于此，唐永炳及团队成员于奥、潘庆广、张苗等人考察了多种有机材料作为K-DIBs负极的潜在应用，拟通过有机材料的柔性结构和大量活性位点的优势，以期实现双离子电池性能的显著提升。此外，为了提高离子扩散通道，同时缩短其扩散路径，团队采用一种冷冻干燥方法成功制备出3D多孔K2TP有机负极材料(pK2TP)，显著提升其动力学性能。团队进一步将具有良好动力学的多孔有机负极与低成本、环保的膨胀石墨(EG)正极相结合，成功构筑了一种新型的钾基双离子电池(pK2TP//EG)。研究结果表明，该新型钾基双离子电池具有优异的倍率性能(20 C)和长循环寿命，2000次循环后的容量保持率为~100%。该研究拓展了钾离子负极材料的选择范围，为发展新型储能器件提供了新思路。
 

　　资料来源：百科、深圳先进技术研究院