麦立强/王选朋，最新AEM综述！

由于钾的元素丰度和高理论输出电压，钾离子电池（PIB）引起了广泛的研究兴趣。PIB面临的主要挑战是找到具有快速传输动力学和稳定框架结构的合适正极材料来嵌入/脱嵌大尺寸K⁺，而层状过渡金属氧化物由于其稳定的骨架结构、简单的合成化学和高工作潜力被广泛开发。

在此，武汉理工大学麦立强教授、王选朋等人综述了层状过渡金属氧化物正极的研究现状和前景，重点关注精细结构优化工程和储能机制。

首先，作者总结了层状过渡金属氧化物正极的分类、优势和挑战，包括单过渡金属氧化物、二元过渡金属氧化物和多元过渡金属氧化物。

然后，作者详细关注了层状过渡金属氧化物正极的精细结构优化和储能机制及其晶体结构、相组成、结构表征分析和电化学性能。

尽管这些开创性工作致力于开发先进的PIB，但仍需要取得重大进展才能达到技术和实际应用所需的规范。

此外，作者还对用于PIB先进表征技术进行了简要概述。最后，对未来PIBs领域的主要研究方向和热点进行了展望。总之，这篇综述将为先进PIB的新型层状氧化物正极研究提供见解和观点。

图1. PIB层状过渡金属氧化物正极材料的简要年表

作者概述了层状过渡金属氧化物正极在高性能PIB研究中的几个可能方向：

（1）高通量计算模拟和机器学习，二者结合将加速层状过渡金属氧化物正极和PIB器件的研发进程；

（2）多领域、极端条件下的合成创新，应结合化学、物理和材料科学的知识深入研究微观过程和内部合成机制以实现材料精确设计；

（3）多尺度/维度协同优化策略，从原子、分子、介观等多尺度层面结合优化策略是获得高性能正极的有效手段；

（4）高分辨率原位表征，这将为层状过渡金属氧化物正极的发展和内在存储机制的分析提供强有力支持；

（5）用于直接探测的高级微/纳米器件，这是揭示层状过渡金属氧化物正极内部存储机制的强大诊断工具；

（6）高压电解液的开发与优化，开发含添加剂的低氟聚醚基电解液和磺酰胺基离子液体可能是未来PIBs高压电解液的主要研究方向；

（7）改善空气稳定性的表面保护工程，通过表面保护工程提高空气稳定性并降低吸水潮解性能是该领域未来研究的热点和前沿；

（8）实际应用的全电池设备设计和安全工程，对全电池的进一步研究将集中在单个电极优化、电化学机制和全电池制造技术上。

图2. 未来PIB主要研究方向和热点预测

Advances in Fine Structure Optimizations of Layered Transition-Metal Oxide Cathodes for Potassium-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202861

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