智能电网、电动汽车和电子产品的日益普及，增加了对高能量密度安全储能系统的需求。碱金属电池因其高能量密度而非常适合此类储能系统。在电池金属负极（如碱金属Li、Na、K，或其他，如Ca、Mg、Zn、Al等）中，钾金属负极（PMA）最具竞争力由于钾的低成本和低氧化还原电位（-2.93 V vs 标准氢电极）。此外，与传统的钾离子电池负极材料（例如，碳、氧化物、合金、有机物和硫属化物相比，PMA 具有最高的理论比容量，为 687 mAh g−1。这些属性同时满足实现低成本和高能量密度电池的两个必要条件，使PMA成为便携式电子设备中广泛应用的有希望的候选者。

　　来自湖南大学的学者设计了由铋和氮掺杂还原氧化石墨烯（Bi80/NrGO）组成的自支撑电极作为钾金属电池的负极主体。熔融钾扩散到 Bi80/NrGO 中后，所得的 K@Bi80/NrGO表现出独特的中空孔，提供 K+ 扩散通道和沉积空间以缓冲体积膨胀，从而保持电极结构和 SEI 稳定性。 K@Bi80/NrGO还提供了一个受控电场，促进均匀的K+通量、丰富的亲钾N位点和Bi合金化活性位点，共同实现钾的精确成核和选择性沉积，以实现抗枝晶负极。使用基于K@Bi80/NrGO的优化电极，本研究组装的K@Bi80/NrGO对称电池可以在0.2 mA cm−2的电流密度下维持3000小时以上的稳定循环。具有普鲁士蓝正极和 K@Bi80/NrGO负极的全电池表现出高稳定性（在 1000 mA g−1下循环 1960 次没有退化）和 99% 的库仑效率。这项工作可能会促进设计具有精确成核、平滑扩散和枝晶抑制的负极，非常适合开发稳定的钾金属负极等。相关文章以“Selective Potassium Deposition Enables Dendrite-Resistant Anodes for Ultrastable Potassium-Metal Batteries”标题发表在Advanced Materials。

　　图 6. 不同基材上 K 镀层的建模。 a) Cu、Bi、石墨烯和氮掺杂碳的建模。 b) K 原子与 Cu、Bi、石墨烯和氮掺杂碳的 BE 计算。 c）Cu19K19（i-iii）和Bi19K19（iv-vi）簇的不同分散构型及其相应的BE。i) 具有 Cu 核的原子偏析，ii) 完全原子偏析，iii) 均匀分散，iv) 均匀分散，v)具有 Bi 核的原子偏析，以及 vi) 完全原子偏析。 d) 初始工艺中可能的原子级镀K工艺示意图。

　　图 7.全电池的实际应用。 a) 和 PBK 在 100 mA g−1下的相应充放电曲线。b) 和 PBK 全电池在 100–2000 mA g−1不同电流密度下的倍率特性。 c) 和 PBK 全电池在 100 mA g−1下的循环性能。 d）全电池在1000 mA g−1的高电流密度下的循环性能。 e) 将全电池的循环寿命与文献报道的进行比较。

　　本研究设计了 K@Bi80/NrGO 负极，提高了 PMB 的稳定性。结合实验表征和模拟分析，结果表明：i）K@Bi80/NrGO的中空孔可以使钾离子沉积均匀，有效减轻“尖端效应”； ii) N掺杂碳位点促进钾离子的吸附和精确成核；iii）Bi自发合金化活性位点，有助于钾金属的顺利扩散； iv) 3D主体支架具有足够的结构完整性和机械稳定性，以减轻体积膨胀并保持SEI稳定性。因此，设计的K@Bi80/NrGO对称电池表现出低成核过电位（约5 mV）和低极化电压（约39 mV）以及长循环寿命（在0.2 mA cm−1下工作超过3000小时）。此外，组装的全电池表现出超稳定的循环性能（在1000 mA g−1下运行1960个循环，几乎没有降解）和高能量密度（230 Wh kg−1）。本研究新设计的负极有望为推进 PMA 的发展提供新的动力。（文：SSC）雷火电竞官网 雷火电竞雷火电竞官网 雷火电竞