德克萨斯大学奥斯汀分校AM：多功能隔膜使钾金属电池稳定循环

钾基电化学存储的目标应用是各种固定式电能存储系统(ESSs)，与锂离子电池(LIBs)相比，该体系可能具有成本和供应优势。但是，由于与有机电解液的高反应性，钾金属负极存在不稳定的固态电解质界面(SEI)和相关枝晶生长的问题。

美国德克萨斯大学奥斯汀分校David Mitlin、Pengcheng Liu等将AlF₃双面涂覆在PP隔膜上首次报道了一种用于钾金属电池（KMBs）的多功能隔膜。

图1多功能隔膜的制备

PP上的AlF₃双层涂层可实现完全的电解液润湿和改善的电解液吸收。它还通过电解液渗透的孔隙提高了离子电导率，并增加了离子转移数。因此，AlF₃@PP充当离子自分配器，以促进更均匀和快速的K离子流向集流体，从而产生更均匀的K沉积/剥离。

AlF₃@PP在K金属表面构建的人工SEI也起着关键作用。AlF₃ 有助于形成稳定的KF、Al₂O₃和AlF3 SEI层。这会增加SEI的弹性和塑性稳定性，同时创建不会进一步反应的新界面。

图2 循环后的形貌分析

相比之下，普通PP显示出较差的电解液润湿和吸收以及降低的离子电导率和离子转移数。综合起来，这些缺陷会在循环过程中产生重大问题。如果电解液润湿性差，则会形成“块状”剥离后SEI结构，从而加剧沉积/剥离过程中金属生长/溶解的不均匀性。

正如光学观察所证实的那样，通过厚且不均匀的SEI缓慢的固态扩散动力学促进了“死金属”的形成。离子电导率和离子迁移数的降低导致电解液中的浓差极化效应，这自然促进了枝晶生长。测得的循环引起的快速阻抗和过电位升高以及低循环CE表明存在上述问题。

图3 采用KFe^IIFe^III(CN)₆正极的全电池的电化学性能

Multifunctional Separator Allows Stable Cycling of Potassium Metal Anodes and of Potassium Metal Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105855

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德克萨斯大学奥斯汀分校AM：多功能隔膜使钾金属电池稳定循环

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