郭林/朱禹洁/王江伟ACS Nano：硫化聚丙烯腈作为高性能低体积变化的储钾负极

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郭林/朱禹洁/王江伟ACS Nano：硫化聚丙烯腈作为高性能低体积变化的储钾负极
由于钾资源丰富，钾离子电池（KIBs）被认为是一种低成本的电化学储能技术，然而其实际应用受到负极材料电化学性能不理想的阻碍。这些负极材料在钾化-脱钾过程中通常会经历较大的体积变化，从而限制了循环寿命。
郭林/朱禹洁/王江伟ACS Nano：硫化聚丙烯腈作为高性能低体积变化的储钾负极
在此，北京航空航天大学郭林教授、朱禹洁教授以及浙江大学王江伟研究员等人证明通过采用高浓度的基于酰亚胺盐的不可燃电解液来构建稳定且保护性的固体电解质中间相 (SEI) 层，硫化聚丙烯腈（S-PAN）能够用作KIB的有希望的负极候选者。
当在0.1~2.5 V (vs K+ /K)的典型电压范围内进行测试时，S-PAN负极能够提供良好的电化学性能，具有569 mAh g-1的高可逆容量且1500次循环后无容量衰减（运行时间约为188天）。
郭林/朱禹洁/王江伟ACS Nano：硫化聚丙烯腈作为高性能低体积变化的储钾负极
图1. S-PAN作为KIB负极材料的电化学表征
非原位光谱和原位显微表征表明，S-PAN卓越的电化学性能归因于其共价 C-S和S-S键的高度可逆性，这些键在钾化-脱钾过程中经历了重复的裂解-重聚，伴随着相对较小的体积变化（小于24.2%）。
随后，通过将高压 K2MnFe(CN)6正极与高容量S-PAN负极配对构建的全电池表现出有吸引力的能量密度（290.9 Wh kg-1）和长期循环稳定性（1200次循环后容量保持率为95.4%）。鉴于负极和正极材料的高性能和低成本，相信目前的全电池有望成为成本敏感的电网规模应用的有竞争力的储能系统。
郭林/朱禹洁/王江伟ACS Nano：硫化聚丙烯腈作为高性能低体积变化的储钾负极
图2. K2MnFe(CN)6 ||S-PAN全电池的电化学性能
Sulfurized Polyacrylonitrile as a High-Performance and Low-Volume Change Anode for Robust Potassium Storage, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c07990

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