EnSM：新兴非水系钾离子电池的最新进展：从机械原理到实际应用
兔兔
钾离子电池（KIB）作为传统锂离子电池（LIB）的替代品，因其成本低、电压高、工作原理与锂离子电池相似而引起了越来越多的研究兴趣。然而，对KIBs储能机理的新兴理解揭示了KIBs与其他碱性离子电池之间的显著差异，这是KIBs直接采用其他碱性离子电池电极电化学性能较差的原因。因此，深入了解K离子如何在KIBs中输运和存储是很重要的。有鉴于此，香港科技大学Jang-Kyo Kim等人致力于确定当前对KIB的挑战，并严格评估对K离子存储机理基本理解的最新进展，包括在充电/放电循环中的插层、转化、相变和合金化反应。
本文要点：
1）KIBs与成熟的LIB技术具有许多相似的特性，例如离子存储机制和电解质系统，这使得对KIBs的探索可遵循LIBs现有的发展路线。作为LIB的潜在替代品，KIB具有许多优势，例如丰富的自然资源和电解质中低的离子转移势垒。特别是，理论和实验证明，K+可以插入普通和廉价的石墨阳极形成KC8相，而Na+不能。然而，K的阳离子半径大于Li和Na的阳离子半径，会对离子的储存动力学产生不利影响。电解液与阳离子/负极表面之间的体积变化和副反应问题需要进一步研究，同时K离子扩散动力学需要进一步研究，以实现完全的电化学反应，特别是在高电流密度下。
2）尽管各种高性能的K离子存储正负极材料相继被开发出来，但与LIB相比，KIB的现有理解和电化学性能与实际应用相距甚远。为此，有必要识别合适的电极材料，并了解它们的存储行为。对于负极而言，石墨由于其长期的循环稳定性、低成本和成熟的LIBs技术，仍然是最有希望的商业应用候选材料。对于正极，PB类似物由于其丰富的氧化还原活性位点和高的工作电压而受到广泛关注，并被认为适用于KIB正极。然而，为了保证全电池与缺钾负极耦合时的高能量密度，富钾正极的探索是必要和迫切的。
3）电解质结构是另一项重要的基础性工作，它直接决定了电极的工作电压和电化学性能。仍需要进行深入的理论研究才能确定最合适的电解质盐，即使是对于LIB而言也是如此。关于电解质溶剂，传统的碳酸酯基电解质在KIB系统中仍然占主导地位。电解液添加剂的影响除了深入了解其反应行为和潜在的解决方法外，还应集中研究不同类型电极之间的差异。有鉴于此，在探索和选择合适的电解质以及不同的负极和正极组合时，应包括全电池试验。
Mingyue Wang et al. Recent advances in emerging nonaqueous K-ion batteries: from mechanistic insights to practical applications. Energy Storage Mater. 2021.
DOI: 10.1016/j.ensm.2021.04.034.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829721001768