Angew. Chem.:运行时间超过17个月——钾离子电池石墨负极
2019-06-10 10:51:29   来源:

钾离子电池以其独特的优势(如钾资源丰富、分布均匀、价格低廉、钾离子可嵌入石墨等)而在大规模储能系统中具有强劲的竞争力,且逐渐成为储能领域的研究热点。石墨作为商业锂离子电池负极,若能成功用于钾离子电池负极,则可以直接借鉴锂离子电池工业化的基础,进而降低钾离子电池工业化的阻碍。另外,石墨储钾电位较低,可以显著提高全电池的能量密度。并且石墨资源丰富、价格便宜、环境友好,更有助于降低钾离子电池的成本。但是,钾离子电池石墨负极的循环性能较差。因此,如何提高石墨电极的稳定性是钾离子电池面临的一大挑战。

最近,湖南大学鲁兵安教授团队报道了钾离子电池石墨负极可以实现长达17个月的稳定性。他们使用原位XRD监测技术以及XPS分析发现:使用不同电解液时,石墨负极表面SEI膜的生成过程及成分明显不同。当使用高浓盐电解液时,石墨电极可以在较高电位下生成以无机物SEI膜,极大地提升了石墨负极的循环稳定性——循环次数长达2000多圈,运行时间超过17个月。此外,以石墨为负极、有机材料为正极结合高浓盐电解液组装成的全电池也表现出良好的循环性能和倍率性能,尤其是全电池的能量效率高达86%,接近商业化的储能电池。同时,他们利用原位XRD技术也研究了钾离子嵌入石墨的过程:石墨→KC48 (stage 4)→KC36 (stage 3)→KC24 (stage 2)→KC8 (stage 1),且该过程具有良好的可逆性,这应该也是石墨电极稳定储钾的一个原因。

这一研究为钾离子电池实现长期循环稳定性提供了新策略,为钾离子电池发展和工业化提供了新的思路和参考。

相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上,并被选为VIP文章。