超高自扩散系数的 K-C 负极助力在 -20 至 120 °C 下运行的固态钾金属电池

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2024-05-23 14:22:30

超高自扩散系数的 K-C 负极助力在 -20 至 120 °C 下运行的固态钾金属电池

固态钾金属电池具有低成本、安全性和高能量密度等优点，在电网规模的储能领域备受关注。然而，它们的实际应用受到钾/固体电解质 (SE) 界面接触不良和低钾自扩散系数、枝晶生长以及金属钾固有的低熔点/软特性导致的容量限制的阻碍。在此，湖南大学Jilei Liu证明了使用与 K 熔化的嗜钾碳同素异形体的融合建模策略可以通过促进 K 扩散动力学 (2.37×10^-8 cm² s^-1) 来提高系统的电化学性能/稳定性，从而产生极低的界面电阻 (~ 1.3 Ω cm²)，抑制枝晶生长，并在 200 °C 下保持机械/热稳定性。

本文要点：

1）因此，在 2.8 mA cm^-2（25 °C 时）的高电流密度和 11.86 mAh cm^-2（0.2 mA cm^-2 时）的创纪录高面积容量下，实现了均匀/稳定的 K 剥离/电镀。

2）增强的 K 扩散动力学有助于维持密切的界面接触，稳定高电流密度下的剥离/电镀。将超薄 K-C 复合负极 (~50 μm) 与普鲁士蓝正极和 β/β"-Al₂O₃ SEs 耦合的全电池可提供 389 Wh kg^-1的高能量密度，在 150 次循环后保持 94.4%，并且在一定温度下具有出色的性能范围从 -20 到 120 °C。

Jian-Fang Wu, et al, Building K-C anode with ultrahigh self-diffusion coefficient for solid state potassium metal batteries operating at -20 to 120 °C, Adv. Mater., 2023

DOI: 10.1002/adma.202209833

https://doi.org/10.1002/adma.202209833