李峰/骆文彬AFM：通过亲钾多孔互连介质增强钾金属负极的传质

钾金属电池由于其几乎取之不尽、用之不竭的广泛钾资源，已经成为大规模储能有希望的候选者之一。但K⁺的不均匀沉积和枝晶在负极上的生长导致电池过早失效，限制了其进一步的应用。

图1 材料制备及表征

中科院金属所李峰、东北大学骆文彬等探索了一种通过亲钾多孔互连介质增强传质的集成负极，以提高K⁺的动力学传输和均匀的沉积行为。具体而言，互联的碳质纳米纤维基体（CNM）与ZIF-67衍生的钴修饰多孔氮、氧共掺杂碳（Co/NOC）被精心设计为互联介质，通过与钾金属冷轧，被集成到一个耐用的钾金属负极（表示为K-Co/NOC/CNM）。负极中分布的互连多孔介质可以缩短K⁺的传输距离，也可以减少沉积/剥离过程中的内应力。

更重要的是，亲钾特性提供了与K⁺的强烈互动，推动了快速迁移。同时，Co和N，O共掺杂碳（NOC）的耦合允许碳表面富集电子，从而加速了K⁺在表面的还原。

图2 电化学性能研究

受益于离子和电子传输的同时调节，这项工作开发了一种具有无枝晶表面的耐用钾金属负极。在碳酸酯电解液中，在1 mA cm^-2/1 mAh cm^-2的条件下，它能维持1000小时的优秀循环稳定性。

当K-Co/NOC/CNM与苝-3，4，9，10-四羧酸二酐（PTCDA）组装成全电池作为正极时，在10C下循环100次后，它的比容量可达69.8 mAh g^-1。总体而言，这种通过重复冷轧和折叠工艺制备的具有快速K⁺动力学的集成负极为构建高性能的无枝晶钾金属电池提供了一个新的途径。

图3 原位可视化钾沉积过程

Durable Integrated K-Metal Anode with Enhanced Mass Transport through Potassiphilic Porous Interconnected Mediator. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202304292