深圳先進(jìn)院研發(fā)出新型高效低成本鉀離子電池技術(shù)

　　近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院先進(jìn)集成技術(shù)研究所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出了一種新型高性能、低成本的鉀型雙離子電池技術(shù)，有望代替現(xiàn)有傳統(tǒng)鋰離子電池技術(shù)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。相關(guān)研究成果A Novel Potassium-Ion-Based Dual-Ion Battery（一種新型鉀基離子電池）已在線發(fā)表于國(guó)際材料期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials DOI: 10.1002/adma.201700519）上。

　　鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備等領(lǐng)域。但隨著鋰離子電池逐漸應(yīng)用于智能手機(jī)、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域，鋰的需求量逐年快速增長(zhǎng)，而鋰的全球儲(chǔ)量有十分有限且分布不均，造成原材料價(jià)格上漲迅猛，嚴(yán)重制約了我國(guó)低成本、高性能儲(chǔ)能器件領(lǐng)域的快速發(fā)展。鉀元素由于具有和鋰相似的物理化學(xué)性質(zhì)，且其儲(chǔ)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(guān)注。

　　結(jié)合鉀離子電池與雙離子電池各自的優(yōu)點(diǎn)，唐永炳及其研究生季必發(fā)等人成功研發(fā)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(shí)作為電池負(fù)極和集流體，膨脹石墨作為正極；電解液采用廉價(jià)易得的六氟磷酸鉀作為鉀鹽電解質(zhì)溶于有機(jī)溶劑中。該新型電池具有較高的能量密度和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命，并且大幅降低了電池的生產(chǎn)成本。該新型電池的反應(yīng)機(jī)理為：充電時(shí)，電解液中的鉀離子運(yùn)動(dòng)到錫箔負(fù)極表面，形成鉀錫合金，同時(shí)六氟磷酸根插層到正極石墨中；放電時(shí)，負(fù)極上的鉀錫合金脫鉀，同時(shí)正極石墨中的六氟磷酸根脫嵌回到電解液中。研究結(jié)果表明，該新型鉀基雙離子電池在50mA g-1的恒定電流下充放電循環(huán)300圈后，仍保持93%的容量；且能量密度可達(dá)到155Wh/kg，與現(xiàn)有傳統(tǒng)鋰離子電池能量密度相當(dāng)。該研究成果有望代替現(xiàn)有傳統(tǒng)鋰離子電池技術(shù)，并具有巨大的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

　　該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

　?。╝）新型鉀離子電池反應(yīng)機(jī)理圖；(b) Sn-K合金化反應(yīng)XRD圖；(c)電池倍率性能曲線；(g)新型電池循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試曲線。