中國儲能網(wǎng)訊：信息化，自動化的現(xiàn)代社會不斷進步，電化學儲能器件在其中發(fā)揮了重要作用。20世紀90年代開始，隨著鋰離子電池的商業(yè)化應用，21世紀以來，鋰離子電池已經(jīng)成為我們生活的一部分，鋰離子電池便攜式設備，動力汽車已經(jīng)遍布在生活的各個角落。然而，和其它商業(yè)產(chǎn)品賣得越多就越便宜不同，稀缺的鋰資源使得未來的鋰離子電池成本不斷上升。尋求一種可替代低成本的電化學儲能器件成為亟待解決的問題。鉀和鈉的電化學性質(zhì)和鋰相似，且地球儲量豐富，是未來有望取代鋰離子電池的不二選擇。
鈉離子電池的研究近幾年來取得了長足的發(fā)展，然而其標準電極電勢(-2.71 V,vs SHE.)及大的離子半徑限制，使得目前鈉離子電池的能量密度和功率密度仍然和鋰離子電池有較大差距。鉀的標準電極電勢(-2.93 V,vs SHE.)更接近鋰(-3.04 V,vs SHE.)，由于鉀離子和鈉離子的離子半徑比鋰離子大，雖然能量密度較鋰離子有所欠缺，但目前鉀離子負極碳材料的研究表明，鉀離子電池的功率密度比鈉的更高且更接近鋰離子電池，倍率性能也更好。然而現(xiàn)階段鉀離子正極材料的研究微乎其微，大部分研究都采用水溶液作為電解液，電壓窗口受到限制。近期，德國伊爾姆瑙工業(yè)大學的雷勇教授課題組和上海大學的課題組合作，制備得到了一種低成本的染料納米顆粒：普魯士藍，并對其做為鉀離子正極材料，在有機電解液中，呈現(xiàn)出的電化學性質(zhì)進行了詳細的闡述。同時，利用其作為鉀離子正極材料，首次匹配出高性能的鉀離子全電池。測試結(jié)果表明：普魯士藍做為鉀離子正極材料呈現(xiàn)出高的的放電平臺(3.1 – 3.4 V)，穩(wěn)定的可逆比容量，其在50 mA/g的充放電速率下，仍然有73.8 mAh/g的循環(huán)比容量，且退化速率極慢僅有0.09 % per-cycle。同時他們通過分析普魯士藍分子的電化學儲存機理，發(fā)現(xiàn)這種框架式分子結(jié)構(gòu)極有利于半徑較大的鉀離子儲存和釋放，它的主要活性位置在C-FeⅡ/FeⅢ上。最后他們通過這種正極材料，并結(jié)合已經(jīng)商業(yè)應用的super P做為負極材料，首次設計匹配出了鉀離子全電池，全電池在100 mA/g的充放電速率下，可逆比容量高達68.5 mAh/g，且具有長的循環(huán)壽命，其在50圈的充放電循環(huán)后仍保有93.4% 的比容量。對于半徑較大的鉀離子來說，這樣的突破是難能可貴的。
低成本的普魯士藍染料做為鉀離子正極材料的研究及其全電池的匹配設計，使得鋰離子電池找到了更佳合適的替代者，這項研究為未來鉀離子電池的研究和商業(yè)化應用提供了廣闊的前景。本論文已在線發(fā)表在Advanced Functional Materials (DOI :10.1002/adfm.201604307)，并于當期Back Cover上做簡要介紹。
