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團隊成員成功研發(fā)出基于有機負極的高倍率、長循環(huán)鉀基雙離子電池。相關研究成果"Fast Rate and Long Life Potassium-Ion Based Dual-ion Battery through 3D Porous Organic Negative Electrode"在線發(fā)表在國際著名材料期刊Advanced Functional Materials上（DOI: 10.1002/adfm.202001440，IF: 15.621）。

 

　　 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)模化儲能領域具有良好的應用前景。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)石墨類材料作為負極易導致電池動力學緩慢，并且石墨類負極在充放電過程中易發(fā)生剝離現(xiàn)象。

 

　　 鑒于此，唐永炳研究員及團隊成員于奧、潘慶廣博士、張苗博士等人考察了多種有機材料作為K-DIBs負極的潛在應用，擬通過有機材料的柔性結構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，為了提高離子擴散通道，同時縮短其擴散路徑，團隊采用一種冷凍干燥方法成功制備出3D多孔K2TP有機負極材料（pK2TP），顯著提升其動力學性能。團隊進一步將具有良好動力學的多孔有機負極與低成本、環(huán)保的膨脹石墨（EG）正極相結合，成功構筑了一種新型的鉀基雙離子電池（pK2TP//EG）。研究結果表明，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。

 

　　  該項研究得到了國家自然科學基金、廣東省科技計劃、深圳市科技計劃等項目資助。

       多孔有機K2TP負極的制備示意圖（a），多孔有機負極的掃描電鏡照片（b），AFM表征（c）和FT-IR譜（d）；基于多孔有機負極的K-DIBs的長循環(huán)曲線（e）