鉅大LARGE | 點擊量：1424次 | 2022年01月05日
充電鋰電池替代者：一種低成本高性能鉀離子全電池誕生
近期，德國伊爾姆瑙工業(yè)大學(xué)的雷勇教授課題組和上海大學(xué)的課題組合作，制備得到了一種低成本的染料納米顆粒：普魯士藍，并對其做為鉀離子正極材料，在有機電解液中，呈現(xiàn)出的電化學(xué)性質(zhì)進行了詳細的闡述。
尋求一種可替代低成本的電化學(xué)儲能器件成為亟待解決的問題。鉀和鈉的電化學(xué)性質(zhì)和鋰相似，且地球儲量豐富，是未來有望取代鋰離子電池的不二選擇。
鈉離子電池的研究近幾年來取得了長足的發(fā)展，然而其標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(-2.71V,vsSHE.)及大的離子半徑限制，使得目前鈉離子電池的能量密度和功率密度仍然和鋰離子電池有較大差距。
鉀的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(-2.93V,vsSHE.)更接近鋰(-3.04V,vsSHE.)，由于鉀離子和鈉離子的離子半徑比鋰離子大，雖然能量密度較鋰離子有所欠缺，但目前鉀離子負極碳材料的研究表明，鉀離子電池的功率密度比鈉的更高且更接近鋰離子電池，倍率性能也更好。
然而現(xiàn)階段鉀離子正極材料的研究微乎其微，大部分研究都采用水溶液作為電解液，電壓窗口受到限制。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
近期，德國伊爾姆瑙工業(yè)大學(xué)的雷勇教授課題組和上海大學(xué)的課題組合作，制備得到了一種低成本的染料納米顆粒：普魯士藍，并對其做為鉀離子正極材料，在有機電解液中，呈現(xiàn)出的電化學(xué)性質(zhì)進行了詳細的闡述。同時，利用其作為鉀離子正極材料，首次匹配出高性能的鉀離子全電池。
測試結(jié)果表明：普魯士藍做為鉀離子正極材料呈現(xiàn)出高的的放電平臺(3.1-3.4V)，穩(wěn)定的可逆比容量，其在50mA/g的充放電速率下，仍然有73.8mAh/g的循環(huán)比容量，且退化速率極慢僅有0.09%per-cycle。
同時他們通過分析普魯士藍分子的電化學(xué)儲存機理，發(fā)現(xiàn)這種框架式分子結(jié)構(gòu)極有利于半徑較大的鉀離子儲存和釋放，它的重要活性位置在C-FeⅡ/FeⅢ上。
最后他們通過這種正極材料，并結(jié)合已經(jīng)商業(yè)應(yīng)用的superp做為負極材料，首次設(shè)計匹配出了鉀離子全電池，全電池在100mA/g的充放電速率下，可逆比容量高達68.5mAh/g，且具有長的循環(huán)壽命，其在50圈的充放電循環(huán)后仍保有93.4%的比容量。關(guān)于半徑較大的鉀離子來說，這樣的突破是難能可貴的。
低成本的普魯士藍染料做為鉀離子正極材料的研究及其全電池的匹配設(shè)計，使得鋰離子電池找到了更佳合適的替代者，這項研究為未來鉀離子電池的研究和商業(yè)化應(yīng)用供應(yīng)了廣闊的前景。
