近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其研究團隊，成功研發出了一種新型高性能、低成本的鉀型雙離子電池技術，有望代替現有傳統鋰離子電池技術并實現產業化。相關研究成果"ANovelPotassium-Ion-BasedDual-IonBattery"（一種新型鉀基離子電池）已在線發表于國際材料頂尖期刊AdvancedMaterials（DOI:10.1002/adma.201700519，IF=18.96）上。 鋰離子電池已廣泛應用于便攜式電子設備、儲能設備等領域。但隨著鋰離子電池逐漸應用于智能手機、電動汽車等領域，鋰的需求量逐年快速增長，而鋰的全球儲量有十分有限且分布不均，造成原材料價格上漲迅猛，嚴重制約了我國低成本、高性能儲能器件領域的快速發展。鉀元素由于具有和鋰相似的物理化學性質，且其儲量豐富，成本低廉，且與鈉相比具有更低的氧化還原電位，使得基于鉀離子的二次電池體系受到廣泛關注。 結合鉀離子電池與雙離子電池各自的優點，唐永炳研究員及其研究生季必發等人成功研發出一種全新的基于鉀離子電解液的新型高效、低成本錫-石墨雙離子電池。該電池直接采用錫箔同時作為電池負極和集流體，膨脹石墨作為正極；電解液采用廉價易得的六氟磷酸鉀作為鉀鹽電解質溶于有機溶劑中。該新型電池具有較高的能量密度和較長的循環壽命，并且大幅降低了電池的生產成本。 該新型電池的反應機理為：充電時，電解液中的鉀離子運動到錫箔負極表面，形成鉀錫合金，同時六氟磷酸根插層到正極石墨中；放電時，負極上的鉀錫合金脫鉀，同時正極石墨中的六氟磷酸根脫嵌回到電解液中。研究結果表明，該新型鉀基雙離子電池在50mAg−1的恒定電流下充放電循環300圈后，仍保持93%的容量；且能量密度可達到155Wh/kg，與現有傳統鋰離子電池能量密度相當。該研究成果有望代替現有傳統鋰離子電池技術，并具有巨大的產業化應用前景。 該項研究得到了國家自然科學基金、廣東省創新科研團隊、廣東省科技計劃項目、深圳市科技計劃項目和國家自然科學基金等項目的資助。 （a）新型鉀離子電池反應機理圖；(b)Sn-K合金化反應XRD圖；(c)電池倍率性能曲線；(g)新型電池循環穩定性測試曲線。 |
