近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其團(tuán)隊成員成功研發(fā)出基于有機負(fù)極的高倍率、長循環(huán)鉀基雙離子電池。相關(guān)研究成果"Fast Rate and Long Life Potassium-Ion Based Dual-ion Battery through 3D Porous Organic Negative Electrode"在線發(fā)表在國際期刊《先進(jìn)功能材料》上（Advanced Functional Materials，DOI: 10.1002/adfm.202001440）。
鉀基雙離子電池（K-DIBs）由于具有低成本、環(huán)保等優(yōu)勢，在規(guī)模化儲能領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。然而，由于K+離子半徑大以及與溶劑分子存在共插入的問題，采用傳統(tǒng)石墨類材料作為負(fù)極易導(dǎo)致電池動力學(xué)緩慢，并且石墨類負(fù)極在充放電過程中易發(fā)生剝離現(xiàn)象。
鑒于此，唐永炳及團(tuán)隊成員于奧、潘慶廣、張苗等人考察了多種有機材料作為K-DIBs負(fù)極的潛在應(yīng)用，擬通過有機材料的柔性結(jié)構(gòu)和大量活性位點的優(yōu)勢，以期實現(xiàn)雙離子電池性能的顯著提升。此外，為了提高離子擴(kuò)散通道，同時縮短其擴(kuò)散路徑，團(tuán)隊采用一種冷凍干燥方法成功制備出3D多孔K2TP有機負(fù)極材料（pK2TP），顯著提升其動力學(xué)性能。團(tuán)隊進(jìn)一步將具有良好動力學(xué)的多孔有機負(fù)極與低成本、環(huán)保的膨脹石墨（EG）正極相結(jié)合，成功構(gòu)筑了一種新型的鉀基雙離子電池（pK2TP//EG）。研究結(jié)果表明，該新型鉀基雙離子電池具有優(yōu)異的倍率性能（20 C）和長循環(huán)壽命，2000次循環(huán)后的容量保持率為~100%。該研究拓展了鉀離子負(fù)極材料的選擇范圍，為發(fā)展新型儲能器件提供了新思路。
該項研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省科技計劃、深圳市科技計劃等資助。
多孔有機K2TP負(fù)極的制備示意圖（a），多孔有機負(fù)極的掃描電鏡照片（b），AFM表征（c）和FT-IR譜（d）；基于多孔有機負(fù)極的K-DIBs的長循環(huán)曲線（e）
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