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由于钾的储量丰富且化学性质相似，钾金属电池 (PMB) 作为一种经济高效的锂离子电池替代品而备受关注。然而，不受控制的枝晶生长和界面不稳定等问题会损害 PMB 的性能和安全性，这是一个重大挑战，需要新的解决方案来稳定阳极界面并防止枝晶形成。
美国东北大学的研究人员及其合作者在《eScience》杂志上发表了他们的研究成果。他们的研究“利用反应性预润湿化学实现无枝晶金属钾阳极”介绍了一种在钾金属上构建富KF/Zn混合界面层的新方法。
该界面增强了离子和电子的传输动力学，从而使阳极的电化学性能得到改善，并在 2,000 小时的循环中保持了更长的稳定性。
该团队使用反应预润湿技术在钾金属阳极上开发了 KF/Zn 混合界面层，以提高电池的稳定性和效率。氟化钾 (KF) 可作为强大的电子隧穿屏障，抑制枝晶生长，而锌 (Zn) 纳米晶体可增强电导率和离子传输。这种双层界面可稳定阳极，促进无缝离子和电子流动，这对于长期电池性能至关重要。
研究表明，采用 KF/Zn@K 阳极的电池可以维持超过 2,000 小时的稳定循环，电压波动最小，并且不会产生枝晶。使用该阳极的全电池在 5 C 下也表现出 61.6 mAh/g 的高可逆容量，循环超过 3,000 次，这标志着向更安全、更高性能的钾金属电池（用于大规模储能）迈出了重要一步。
首席研究员罗文斌博士表示：“我们的研究为钾金属电池中枝晶生长这一长期存在的问题提供了一种直接而有效的解决方案。通过设计一种平衡离子和电子传输的混合界面层，我们不仅提高了电池性能，还显著提高了安全性，使 PMB 更适合广泛的储能应用。”
无枝晶钾金属阳极的出现为更安全、更可靠的 PMB 带来了新机遇，这对大规模储能系统至关重要。这一突破解决了关键的安全挑战，并提供了一种可扩展的方法来提高未来电池的能量密度和使用寿命，有可能彻底改变可再生能源存储技术领域。
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发表于 2024-9-19 13:07:28