鉀離子電池(PIB)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-08-11
鉀離子電池(PIB)的實例教程
(PIB)因其廉價的鉀元素資源和良好的電化學(xué)性能而受到越來越多的關(guān)注。
divAbstract
由于K和F空位的存在，這個特殊結(jié)構(gòu)可以容納由于鉀離子插入引起的體積膨脹，進(jìn)而提高KIBs的容量、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。同時，該研究表明KMnF-NCs的晶體結(jié)構(gòu)缺陷對刻蝕反應(yīng)具有重要影響。在可逆充放電過程中，該片層結(jié)構(gòu)包覆的空心納米塊可以提供較大的比表面積并具有贗電容特性，進(jìn)而使材料具有展現(xiàn)出高容量、高穩(wěn)定性和優(yōu)秀的倍率性能。
KMnF-NC結(jié)構(gòu)的合成示意圖及微觀結(jié)構(gòu)表征
在400 mA·g-1的大電流密度下循環(huán)10000次仍可保持110 mAh·g-1 的容量，容量保持率高達(dá)99%。除此之外，該工作通過原位XRD和DFT計算，證明了該材料在脫嵌K離子過程中的體積變化基本可以忽略，表明刻蝕后的KMnF-NCs可以作為一類新的具有良好循環(huán)穩(wěn)定性的零應(yīng)變KIBs負(fù)極材料。北京科技大學(xué)劉志偉博士和李平教授為該論文的第一作者，北京大學(xué)王偉博士為共同通訊作者。
曲選輝教授團隊長期從事特種粉體材料制備、粉末冶金近終形成形技術(shù)的研究。近年來，該團隊在曲選輝、秦明禮和李平教授的帶領(lǐng)下，致力于將新型粉體材料技術(shù)應(yīng)用于難熔金屬、軟磁合金、高導(dǎo)熱氮化鋁、鋰離子和鉀離子電極材料及燃料電池催化劑等新材料中。研制的近球形微細(xì)（納米）鎢粉、鐵粉和氮化鋁陶瓷粉滿足了粉末注射成形技術(shù)的需要，實現(xiàn)了這類難加工材料制品的近終形精密制造。相關(guān)產(chǎn)品已在國防和民用領(lǐng)域獲得應(yīng)用，曾獲國家發(fā)明專利40余項，教育部技術(shù)發(fā)明一等獎1項（2011年度）、中國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎（技術(shù)發(fā)明）一等獎2項（2016、2017年度）。
曲選輝，北京科技大學(xué)
2016年以來，該團隊設(shè)計合成了一系列新型的電極材料，顯著提高鋰離子和鉀離子電池循環(huán)容量與穩(wěn)定性。
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鉀離子電池(PIB)的最新內(nèi)容
未來，隨著電動汽車、動力電池，以及電力供應(yīng)和太陽能的發(fā)展，SiC器件市場將進(jìn)一步快速增長，特別是電動汽車及動力電池的驅(qū)動。預(yù)計2024年，全球SiC器件市場規(guī)模將增長至20億美元，2018至2024年期間的復(fù)合增長率接近30%。根據(jù)Yole預(yù)測，2020年SiC器件市場規(guī)模仍有增長，預(yù)計在2023年隨著電動汽車的崛起開始快速增長。
但是，讓我大吃一驚的是，這竟然是一個超離子導(dǎo)體的夢幻般的例子。”
在超離子導(dǎo)體中，帶電離子在固體材料中，可以像在電池的液體電解質(zhì)中一樣自由漫游，從而使固體具有異常高的離子電導(dǎo)率，這是導(dǎo)電能力的衡量標(biāo)準(zhǔn)。這種高離子電導(dǎo)率帶來了低熱導(dǎo)率，這意味著熱量不容易通過。這兩種特性加在一起，使超離子導(dǎo)體成為可用于能量存儲和轉(zhuǎn)換設(shè)備的超級材料。
(PIB)因其廉價的鉀元素資源和良好的電化學(xué)性能而受到越來越多的關(guān)注。
電化學(xué)儲能技術(shù)，特別是電池，是高效利用可再生能源不可缺少的技術(shù)。石墨陽極顯示出巨大的儲鉀潛力，但由于層間大量膨脹/收縮(即高達(dá)60%)引起的結(jié)構(gòu)退化，其容量迅速衰減。
來自北京化工大學(xué)等單位的研究人員，采用Ti3C2TxMXene納米片作為快電子/鉀離子雙功能導(dǎo)體，構(gòu)建了全集成石墨納米片(GNF)/MXene(GNFM)電極骨架。
然而，隨著對鋰離子電池的需求不斷增加，有必要尋找其他鋰源。
另一種提取鋰的方法是，從粘土礦物中提取鋰。在這一過程中，通過酸浸獲得鋰。將粘土礦物與普通無機酸的水溶液混合，如H2SO4或HCl，然后在常壓下加熱以浸出粘土礦物中所含的鋰。采用這種酸浸法，不僅可以浸出鋰，而且能浸出高濃度雜質(zhì)，包括鈉、鉀、鐵、鋁、鈣和鎂。
準(zhǔn)固態(tài)材料因其尺寸穩(wěn)定可抑制電極處的氣體逸出，可限制枝晶的生長，同時實現(xiàn)柔性電池結(jié)構(gòu)。這反而又使得離子轉(zhuǎn)移路徑更短，電位更低，并且質(zhì)量和體積減小。
聚合物電解質(zhì)—聚合物材料在電化學(xué)電池中的最初應(yīng)用是在鋰電池中，這可以追溯到20世紀(jì)70年代末Armand的開創(chuàng)性工作，當(dāng)時Fenton在聚乙烯氧化物（PEO）的鈉和鉀絡(luò)合物中首次發(fā)現(xiàn)了離子導(dǎo)電性。
Mater.，2021）；制備出高電壓鉀離子微型超級電容器用于壓力傳感器（Adv. Energy Mater.，2021）。
當(dāng)組裝成帶 Na3V2（PO4）3 陰極的電池時，Na 金屬電池在 15 C 下具有400 個循環(huán)的長壽命，在 30 C 時具有 ≈53.2 mAh g^-1的高容量。此外，紅磷預(yù)處理方法可應(yīng)用于鉀金屬陽極之中。在鉀中也實現(xiàn)了出色的性能，K||K電池形成KxPy保護(hù)層（0.5 mA cm^-2，0.5 mAh cm^-2條件下為550個小時）。
當(dāng)組裝成帶 Na3V2（PO4）3 陰極的電池時，Na 金屬電池在 15 C 下具有400 個循環(huán)的長壽命，在 30 C 時具有 ≈53.2 mAh g^-1的高容量。此外，紅磷預(yù)處理方法可應(yīng)用于鉀金屬陽極之中。在鉀中也實現(xiàn)了出色的性能，K||K電池形成KxPy保護(hù)層（0.5 mA cm^-2，0.5 mAh cm^-2條件下為550個小時）。
當(dāng)組裝成帶 Na3V2（PO4）3 陰極的電池時，Na 金屬電池在 15 C 下具有400 個循環(huán)的長壽命，在 30 C 時具有 ≈53.2 mAh g^-1的高容量。此外，紅磷預(yù)處理方法可應(yīng)用于鉀金屬陽極之中。在鉀中也實現(xiàn)了出色的性能，K||K電池形成KxPy保護(hù)層（0.5 mA cm^-2，0.5 mAh cm^-2條件下為550個小時）。
