Advanced Materials：选择性钾沉积实现抗枝晶负极用于超稳定钾金属电池

Nanoer-z

2023-04-18

不稳定的固体电解质界面（SEI）和钾枝晶的不可控生长一直是限制钾离子电池应用的紧迫问题。鉴于此，湖南大学的鲁兵安和中南大学的周江等设计了一种由铋和氮掺杂的还原氧化石墨烯（Bi₈₀/NrGO）组成的自支撑电极作为钾金属电池的负极主体，通过选择性的钾沉积实现抗枝晶的钾负极。

本文要点：

（1）在熔融钾扩散到Bi₈₀/NrGO中后，K@Bi₈₀/NrGO表现出独特的中空孔，提供K⁺扩散通道和沉积空间来缓冲体积膨胀，从而保持电极结构和SEI稳定性。

（2）K@Bi₈₀/NrGO还提供了可促进均匀的K⁺通量的可控电场、丰富的亲钾N位点和Bi合金化活性位点，共同实现了钾的精确成核和选择性沉积，形成抗枝晶的钾负极。

（3）基于K@Bi₈₀/NrGO优化电极组装成的对称电池可以在0.2 mA cm^–2的电流密度下维持3000小时以上的稳定循环。基于普鲁士蓝正极和K@Bi₈₀/NrGO负极的全电池表现出高稳定性（在1000 mA g^–1下1960次循环中没有降解），库仑效率为99%。

（4）这项工作实现了具有精确成核、平滑扩散和枝晶抑制三重属性的负极设计，非常适合开发稳定的钾金属负极及其他金属负极。

Feng, Y., Rao, A.M., Zhou, J. and Lu, B. (2023), Selective potassium deposition enables dendrite-resistant anodes for ultra-stable potassium metal batteries. Adv. Mater. Accepted Author Manuscript 2300886.

DOI: 10.1002/adma.202300886

https://doi.org/10.1002/adma.202300886