深圳先進院研發(fā)出新型低成本雙碳鉀離子電池技術(shù)

　  近日，中國科學院深圳先進技術(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研究團隊成功研發(fā)出了一種新型高性能、低成本雙碳鉀離子電池，相關(guān)研究成果A Dual-Carbon Battery Based on Potassium-Ion Electrolyte（《基于鉀離子電解液的雙碳電池（K-DCB）》）已在線發(fā)表于能源材料期刊Advanced Energy Materials上。 

　　鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、儲能設(shè)備等領(lǐng)域。但隨著鋰離子電池逐漸應(yīng)用于智能手機、電動汽車等領(lǐng)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(lǐng)域的快速發(fā)展。鉀元素由于具有和鋰相似的物理化學性質(zhì)，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(guān)注。此外，近年來，雙碳電池由于其正負極都采用環(huán)保廉價的石墨材料，具有成本低廉、工作電壓高等優(yōu)勢，受到業(yè)界廣泛關(guān)注。 

　　結(jié)合鉀離子電池與雙碳電池各自的優(yōu)點，唐永炳及其團隊成員季必發(fā)、張帆等人成功研發(fā)出一種新型高性能、低成本、環(huán)保友好的雙碳鉀離子電池。該電池采用中間相碳微球為負極，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(zhì)溶于有機溶劑中。其反應(yīng)機理為：充電時，電解液中的鉀離子運動到中間相碳微球負極表面，并嵌入至石墨層中，同時六氟磷酸根陰離子插層到正極石墨中；放電時，鉀離子從負極石墨層中脫出，同時正極石墨中的六氟磷酸根脫嵌回到電解液中。 

　　研究表明，該新型廉價雙碳鉀離子電池的放電中值電壓高達4.5V，單個紐扣電池就能同時點亮兩顆LED燈，并且電池充放電循環(huán)100圈后，容量幾乎沒有衰減，使得其可以滿足高電壓器件的要求。相對于現(xiàn)有傳統(tǒng)鋰離子電池技術(shù)，該新型電池將大幅降低生產(chǎn)成本，還具有環(huán)保友好、安全性高、能量密度相對較高等優(yōu)點，因此在大規(guī)?？稍偕鍧嵞茉磧Υ?、通訊備用電源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 

　　該項研究得到了國家自然科學基金、廣東省創(chuàng)新科研團隊、廣東省科技計劃項目、深圳市科技計劃項目等項目的資助。 

    圖（a）電池結(jié)構(gòu)及反應(yīng)機理示意圖，（b）電池的充放電曲線，（c）單個紐扣電池點亮兩顆LED燈的宏觀照片，（d）放電中值電壓穩(wěn)定曲線。