由于钾资源丰富且化学性质相似，钾金属电池（PMB）作为锂离子电池的一种具有成本效益的替代品日益受到关注。 然而，不受控制的枝晶生长和界面不稳定性等问题破坏了钾金属电池的性能和安全性，构成了一项重大挑战，需要新的解决方案来稳定阳极界面并防止枝晶形成。
美国东北大学的研究人员及其合作者在 eScience 杂志上发表了他们的研究成果。 他们的研究题为 "利用反应性预湿化学实现无树枝状突起的金属钾阳极"，介绍了一种在金属钾上构建富含 KF/Zn 混合界面层的新方法。 这种界面层增强了离子和电子传输动力学，从而使阳极的电化学性能得到改善，并能在超过 2,000 小时的循环过程中保持长期稳定性。
研究小组利用反应性预湿技术在金属钾阳极上开发了一种 KF/Zn 混合界面层，从而提高了电池的稳定性和效率。 氟化钾（KF）是一种坚固的电子隧道屏障，能抑制枝晶的生长，而纳米锌（Zn）晶体则能增强导电性和离子传输。 这种双层界面稳定了阳极，促进了对电池长期性能至关重要的离子和电子的无缝流动。 研究表明，采用 KF/Zn@K 阳极的电池可持续稳定循环 2,000 多小时，电压波动极小，且无树枝状突起。 使用这种阳极的全电池在 5 C 温度下循环超过 3,000 次，也显示出 61.6 mAh/g 的高可逆容量，这标志着向更安全、高性能的大规模储能钾金属电池迈出了重要一步。
研究人员表示："我们的研究为钾金属电池中长枝晶这一长期存在的问题提供了一个直接而有效的解决方案。 "通过设计一种能平衡离子和电子传输的混合界面层，我们不仅提高了电池性能，还显著改善了安全性，使 PMB 在广泛的储能应用中更加可行。" 无枝晶型钾金属阳极的出现为更安全、更可靠的 PMB 带来了新的机遇，这对于大规模储能系统至关重要。 这一突破解决了关键的安全难题，并提供了一种可扩展的方法来提高未来电池的能量密度和寿命，从而有可能彻底改变可再生能源存储技术领域。
原文链接: Lu-Kang Zhao et al, Realizing a dendrite-free metallic-potassium anode using reactive prewetting chemistry, eScience (2023). DOI: 10.1016/j.esci.2023.100201
