清华大学发现利于钾离子电池大规模储能的阴极材料

2020-03-25 16:50

近日，清华大学和中科院的科学家发现了一种特殊的阴极材料，这种材料可以用于更稳定的钾离子电池储能系统。据悉，这种新材料可以使储能系统在2000个循环之后仍能够保留94％的容量，而每个循环的容量衰减仅为0．003％。

清华大学发现有利于钾离子电池大规模储能的阴极材料

钾离子电池技术成本低、性能好，但迄今为止，它的大规模储能技术的发展十分有限，原因之一就是缺乏稳定的阴极材料。但作为一种比锂更加便宜、更加丰富的材料，科学家们也热衷于开发基于钾的电池化学物质。

清华大学和中科院的科学小组发现了一块名为KFeC2O4F的磁阻材料，他们认为，这可能比过去使用的任何材料都更加稳定。这种磁阻材料是局部磁矩或自旋通过相互竞争的交换作用而相互作用的物质，这种相互作用不能同时满足，因此导致了系统基态的大的简并度，而基态是粒子、原子或分子的最低能级。

科学小组称，这种磁铁有一个类似于普鲁士蓝类似物（PBAs）的3D开放结构，用于储能系统时显示出更好的循环寿命和功率。“然而，这些材料的制备和处理在控制缺陷和水分方面相对困难。”

科学小组认为，这种新的磁阻材料可以为储能系统提供稳定的容量，每克112毫安时，在2000次循环后可以保留94％的容量，每一次循环减少0．003％的容量。

当KFeC2O4F阴极与软碳阳极结合后，制成了一个钾基的全电池。软碳阳极的可逆容量约为每克85毫安时，它在200个周期内的衰减能力可以忽略不计，而且具有令人印象深刻的速度。

清华大学发现有利于钾离子电池大规模储能的阴极材料

KFeC2O4F的表征

尽管通过优化电解液系统和使用合适的正极材料等方法也可以进一步提高钾离子全电池的性能，但这项阴极材料的研究清楚地表明，KFeC2O4F作为钾离子电池阴极的可行性，未来可用于可持续的大规模储能应用。

除此之外，《自然》杂志上的一项研究也描述了一种新型的阴极材料——用于制造长循环能力钾离子电池的氟草酸盐阴极材料；而由莫斯科斯科尔科沃理工学院（Skoltech）领导的另一项研究展示了钾离子电池结合金属离子装置的高储能容量和超级电容器的快速充电能力。

科学小组总结道，尽管已经有大量的电池技术被报道，但制造低成本、高性能、功率和能量密度高、运行安全和循环稳定的电池仍然需要努力。对高性能和新型电池系统的深入研究是没有止境的，且研究能量密度相对较高但成本较低的高性能钾离子电池是很有必要的。

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