鉀離子電池負(fù)極材料的研究現(xiàn)狀

武飛鴻

（溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，浙江 溫州 325000）

1 鉀離子電池的優(yōu)勢(shì)

化石燃料的枯竭以及其燃燒過(guò)程中造成的環(huán)境污染和能源危機(jī)，是阻礙可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。尋求良好的儲(chǔ)能系統(tǒng)，有效儲(chǔ)存和輸出可再生清潔能源(風(fēng)能和太陽(yáng)能)，是解決上述障礙的重要途徑[1-5]。然而，風(fēng)能和太陽(yáng)能等清潔能源本質(zhì)上存在間斷性，在時(shí)間和空間方面導(dǎo)致了能源的獲取和消耗之間的沖突[6-9]。目前，鋰離子電池(LIBs)作為理想的儲(chǔ)能系統(tǒng)，在便攜式設(shè)備和電動(dòng)汽車中得到了廣泛應(yīng)用。但是，鋰源的地理分布不均勻和資源貧乏(地殼中僅有0.0017 wt%)，限制了LIBs在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用，為此，鈉/鉀離子電池(SIBs/KIBs)因其資源豐富和低成本而備受關(guān)注。

通過(guò)研究，我們發(fā)現(xiàn)了KIBs的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1）鉀源在地殼中的資源相對(duì)豐富(2.4 wt%)且成本較低，沒(méi)有毒性；2）相比于鋰離子和鈉離子，鉀離子含有較低的路易斯(Lewis)酸，含有最小的斯托克斯(Stokes)半徑[10]；3）鉀在碳酸丙烯酯(propylene carbonate，PC)溶劑中具有最低的氧化還原電位(K+/K氧化還原電位在-2.88 V，而Na+/Na和Li+/Li的氧化還原電位分別在-2.56 V和-2.79 V)，使得KIBs具有高工作電壓和高能量密度[11-12]。同樣的，K+可以插入到石墨層中形成KC8化合物，理論容量約為279 mAh·g-1。因此，KIBs被認(rèn)為是最有前途的替代方案之一。

在KIBs的充放電過(guò)程中(圖1)，K+離子通過(guò)富含K+的電解質(zhì)，在陰極和負(fù)極之間穿梭[13]。由于電子分布不均勻，K金屬負(fù)極的使用會(huì)導(dǎo)致更多的二次反應(yīng)，導(dǎo)致枝晶生長(zhǎng)和SEI層破裂。這種SEI層的不斷斷裂，將導(dǎo)致電極表面不斷產(chǎn)生新的SEI層。……