鉀金屬電池憑借其低廉的電極材料成本、較低的K/K+標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位等優(yōu)點(diǎn)成為下一代高能量密度儲能器件的理想選擇。由于鉀金屬負(fù)極具有高的化學(xué)反應(yīng)活性，鉀金屬電池面臨SEI膜不穩(wěn)定，鉀枝晶生長不受控、負(fù)極體積膨脹嚴(yán)重等問題。此外，鉀金屬電池通常需使用高成本、高厚度的玻璃纖維隔膜。這些問題限制了鉀金屬電池的實(shí)際應(yīng)用。
近日，武漢理工大學(xué)的李俊升教授、劉金平教授等人從隔膜設(shè)計(jì)角度出發(fā)，制備了一種功能化MOF修飾的聚烯烴隔膜（PEP-NM）用于鉀金屬電池。研究結(jié)果表明，PEP-NM可有效調(diào)控鉀金屬界面化學(xué)，抑制鉀枝晶的生長，最終實(shí)現(xiàn)鉀金屬電池的穩(wěn)定循環(huán)。
DFT 理論計(jì)算與 Raman 測試證明了PEP-NM中的NM可通過Cr與FSI-中N的結(jié)合及氫鍵等作用力將FSI-錨定于隔膜。這一錨定作用可促進(jìn)鉀鹽的解離。同時(shí)，PEP-NM隔膜具有良好的電解液潤濕性，這些特性使得PEP-NM具有的高的K+電導(dǎo)率和離子遷移數(shù)。此外，PEP-NM隔膜具有較高的穿刺強(qiáng)度與彈性模量，可以有效防止枝晶生長刺穿隔膜。 對稱電池與半電池測試結(jié)果表明PEP-NM隔膜可以有效緩解鉀枝晶生長，實(shí)現(xiàn)均勻穩(wěn)定的鉀金屬沉積/剝離。循環(huán)后的K|K對稱電池鉀金屬電極的SEM與XPS分析表明PEP-NM隔膜有效調(diào)控了電極界面化學(xué)，促進(jìn)了SEI膜中無機(jī)組分的生成，從而抑制了鉀枝晶的生長。 在使用不同正極與電解液的鉀金屬全電池體系中，PEP-NM隔膜均表現(xiàn)出比玻璃纖維隔膜（GF）更高的充放電比容量與更長的電池循環(huán)壽命。本工作為金屬二次電池的隔膜設(shè)計(jì)與電極界面調(diào)控提供了一種有效的通用策略。 論文信息 Polyolefin-Based Separator with Interfacial Chemistry Regulation for Robust Potassium Metal Batteries Long Tu, Zhijia Zhang, Zelin Zhao, Xinyuan Xiang, Prof. Bohua Deng, Prof. Dan Liu, Prof. Deyu Qu, Prof. Haolin Tang, Prof. Junsheng Li, Prof. Jinping Liu 武漢理工大學(xué)碩士生涂龍與曼徹斯特大學(xué)在讀博士生張志佳為本論文的共同第一作者。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202306325
