【儀表網 儀表研發】近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其團隊成員成功研發出基于有機負極的高倍率、長循環鉀基雙離子電池。
 

　　雙離子電池的工作原理也有別于傳統鋰離子電池，充電過程中，正極石墨發生陰離子插層反應，而鋁負極發生鋁—鋰合金化反應，放電過程則相反。這種新型反應機理不僅顯著提高了電池的工作電壓(3.8—4.6V)，同時大幅降低電池的質量、體積及制造成本，從而全面提升了電池的能量密度，從而提高電池的續航時間。
 

　　鉀基雙離子電池(K-DIBs)由于具有低成本、環保等優勢，在規模化儲能領域具有良好的應用前景。然而，由于K+離子半徑大以及與溶劑分子存在共插入的問題，采用傳統石墨類材料作為負極易導致電池動力學緩慢，并且石墨類負極在充放電過程中易發生剝離現象。
 

　　鉀離子在溶液中無氧化性，在熔融狀態下顯極弱的氧化性，一般不與其它離子反應。但高氯酸根離子可以與鉀離子結合成微溶的高氯酸鉀沉淀，鉀離子其它沉淀有酒石酸氫鉀、六氯鉑酸鉀、氟鋯酸鉀、鈷亞硝酸鈉鉀、四苯硼酸鉀等。鉀離子的焰色反應為紫色，需透過藍色鈷玻璃(防止Na+的干擾)看到，在溶液中鉀離子為無色。
 

　　鑒于此，唐永炳及團隊成員于奧、潘慶廣、張苗等人考察了多種有機材料作為K-DIBs負極的潛在應用，擬通過有機材料的柔性結構和大量活性位點的優勢，以期實現雙離子電池性能的顯著提升。此外，為了提高離子擴散通道，同時縮短其擴散路徑，團隊采用一種冷凍干燥方法成功制備出3D多孔K2TP有機負極材料(pK2TP)，顯著提升其動力學性能。團隊進一步將具有良好動力學的多孔有機負極與低成本、環保的膨脹石墨(EG)正極相結合，成功構筑了一種新型的鉀基雙離子電池(pK2TP//EG)。研究結果表明，該新型鉀基雙離子電池具有優異的倍率性能(20 C)和長循環壽命，2000次循環后的容量保持率為~100%。該研究拓展了鉀離子負極材料的選擇范圍，為發展新型儲能器件提供了新思路。
 

　　資料來源：百科、深圳先進技術研究院