近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(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(fù)極材料（pK2TP），顯著提升其動力學(xué)性能。團隊進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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