张锦/孙靖宇AM：高亲钾石墨炔改性铝集流体实现钾金属负极2400h循环！

在钾负极侧采用铝箔集流体是实现低成本和高能钾金属电池(PMBs)的理想选择。然而，钾和平面铝之间的低亲和力会导致不均匀的钾沉积/剥离，从而破坏负极性能，这仍然是一个有待解决的重大挑战。

北京大学张锦、苏州大学孙靖宇等提出了一种氮掺杂碳@石墨炔改性铝集流体量子点(NC@GDY-Al)，该集流体具有亲钾特性，同时可抑制枝晶生长并延长钾负极的寿命。

图1 材料制备及表征

这种集流体是通过在NC多面体模板上直接生长具有Cu量子点修饰的GDY纳米片制备的，然后将这些材料涂覆到商业铝集流体的表面上。改性层的厚度薄至 7 μm，质量负载为500 μg cm^-2。密度泛函理论(DFT)计算揭示了NC@GDY对钾的高吸附能，从而证实了高亲钾特性。有限元模拟表明NC@GDY-Al有助于均匀离子通量并降低局部电流密度。

图2 对称电池和全电池性能

因此，由此衍生的不对称电池可提供超低的成核过电位(3 mV)，同时具有高库仑效率(CE~99.93%)。对称电池测试表明，钾金属负极在40%的放电深度下表现出超过2400小时前所未有的循环寿命。即使在80%的放电深度下，电池仍然可以维持850小时。此外，当与钾普鲁士蓝正极配对时，组装的全电池显示出与最先进PMB相当的容量和倍率性能。

图3 钾沉积/剥离行为的示意图

Highly Potassiophilic Graphdiyne Skeletons Decorated with Cu Quantum Dots Enable Dendrite-Free Potassium Metal Anodes. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202202685