基于钾离子电解液的双碳电池
【章节】目前锂离子电池（LIBs）主导了便携式电子设备、电动车（EVs）和智能电网等电化学储能领域。然而锂资源紧缺、地理分布失衡以及成本下跌沦为亟待解决的问题，因此，储量非常丰富成本低的新型电池系统如钠离子电池（SIBs），铝离子电池（AIBs）和双离子电池（DIBs）引发了科学家的普遍注目。由于钾具备与锂相近的性质而且储量非常丰富，钾离子电池（KIBs）也具备很大应用于潜力。 与SIBs比起，KIBs因为钾具备较低的水解还原成电位而获取更高的工作电压。
【章节】目前锂离子电池（LIBs）主导了便携式电子设备、电动车（EVs）和智能电网等电化学储能领域。然而锂资源紧缺、地理分布失衡以及成本下跌沦为亟待解决的问题，因此，储量非常丰富成本低的新型电池系统如钠离子电池（SIBs），铝离子电池（AIBs）和双离子电池（DIBs）引发了科学家的普遍注目。由于钾具备与锂相近的性质而且储量非常丰富，钾离子电池（KIBs）也具备很大应用于潜力。
与SIBs比起，KIBs因为钾具备较低的水解还原成电位而获取更高的工作电压。此外，K+早已被证明可以共轭地映射/脱嵌石墨电极，而Na+却十分受限。然而，KIBs的研究仍正处于跟上阶段，原子尺度和界面的机理尚能不确切。
此外，由于K+尺寸稍大会造成动力学不平稳，只有几种负极材料（普鲁士蓝及其类似物等）和负极材料（石墨、Sn4P3/C等）以求研究。因此，研发具备较好性能的适合的电极材料以及全面研究KIBs机理十分最重要。
【成果概述】近日，中科院深圳先进设备技术研究院唐永炳研究员(通讯作者)课题组在Adv.EnergyMater.上公开发表了一篇取名为“ADual-CarbonBatteryBasedonPotassium-IonElectrolyte”的文章。研究人员研发了基于钾离子电解液的新型双碳电池（命名为K-DCB），其中中间相碳微球作为负极材料，收缩石墨作为负极材料。实验人员研究了K-DCB的工作机理：电池时，K+运动到石墨负极并映射到石墨层间构成插层化合物，同时PF6-运动到负极，插层到中间相碳微球的层间；静电时则忽略。
结果表明，该K-DCB在3.0~5.2V的电压窗口范围，1C的电流密度下可以获取61mAhg-1的共轭比容量，并且具备较好的循环性能，循环100次后容量完全无波动。此外，该K-DCB具备较高的静电中值电压（4.5V），需要符合一些低电压设备的拒绝。K-DCB具备环保、成本低、能量密度高等优点，对未来能源储存应用于极具潜力。【图文简介】图1基于钾离子电解液的K-DCB的充放电机理示意图a）不含钾离子电解液的K-DCB的充放电机理示意图b）1C下的充放电曲线c）适当的dQ/dV微分曲线图2PF6-映射/脱嵌负极石墨层的过程分析a）1C电流密度下第一次电池-静电循环过程中记录的EG负极的非原位XRD图b）1C电流密度下第一次电池-静电循环过程中记录的EG负极的非原位纳曼光谱图3基于1MKPF6/（EC：DMC：EMC=4：3：2）的K-DCB电化学性能分析a）在1、2、3C有所不同电流密度下电池的充放电曲线b）有所不同电流密度下的充放电容量和适当的库仑效率c）在1C下K-DCB循环100次的循环性能图4K-DCB的循环性能分析a）第20、50和100次循环过程中K-DCB的充放电曲线b）循环之前，第5、10和30个循环之后，K-DCB的奈奎斯特图c）K-DCB在1C下循环100次的静电中值电压。
【小结】研究人员研发了一种基于中间相碳微珠负极和收缩石墨负极的钾型双离子电池K-DCB，电解液为1MKPF6/EC+DMC+EMC（4：3：2v/v/v）。K-DCB的工作机理牵涉到K+在MCMB负极上的映射/脱嵌过程和PF6-阴离子在EG负极上的映射/脱嵌过程。K-DCB表明出有较好的结构稳定性和出色的循环性能。
由于环保友好关系，安全性低，成本低，能量密度比较较高等优点，K-DCB具备沦为下一代可再生能源储存设备的潜力。
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