鲁兵安团队Angew.：通过电场和热场调节实现低温钾电池！

在零下温度下运行的充电电池通常受到低温下缓慢的离子扩散和不均匀的电荷分布限制。

在此，湖南大学鲁兵安教授团队通过调节电场和热场的策略，为钾金属电池 (PMB) 中的钾离子创造了快速均匀的沉积环境。

具体而言，该工作是通过使用高度有序的一维纳米阵列电极实现的，该电极提供致密平坦的表面以均匀电场和高导热性以减少温度波动。

图1. 高度有序一维纳米阵列电极的电场和热场分布的设计概念和模拟

在这项工作中，作者展示了一维纳米阵列电极中电场和热场的双重调节策略，以均匀电荷分布。首先，模拟结果表明，间隙小于0.05μm的1D纳米阵列电极给出了高度均匀的电场和热场分布。其次，作者制作了一个致密且高度有序的石墨烯碳纳米管阵列（hoCNT）作为示例。在室温下，不对称电池在10mAh cm^-2的面积容量下可运行420小时，在1.2mAh cm^-2的面积容量上可运行3000小时。令人印象深刻的是，与使用常规铜和石墨烯（GN）电极的电池相比，它可以在-20°C下运行282小时。

此外，hoCNT电极允许在不同温度下沉积钾，并揭示了与温度相关的成核关系。即无负极钾全电池可在-20℃下工作，容量超过室温容量的80%。这些优异的性能归因于电场和热场的组合策略在低温镀/剥离过程中抑制枝晶生长的积极作用。本研究讨论了电场和热场在钾金属沉积中的作用，为今后设计用于钾基电池的低温枝晶生长电极铺平了道路。

图2. 钾的低温沉积行为

Low-Temperature Potassium Batteries Enabled by electric and Thermal Field Regulation, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202300016

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