孙靖宇/陶新永AM：富含无机物的SEI助力无枝晶高倍率钾金属电池

钾金属电池是未来能源储存的理想选择。然而，其应用却受到阳极侧枝晶的困扰，这会导致形成脆弱的固体电解质界面相（SEI）和集流体上不均匀的钾沉积。

图1. 通过Al的双重改性设计定制SEI成分

苏州大学孙靖宇、浙江工业大学陶新永等展示了以直接生长的掺氮石墨烯表皮为修饰的三维多孔框架铝集流体（NG@P-Al）的双重改性设计。研究显示，由于掺杂碳和铝之间的电负性差异，铝基板上的电子密度会降低，从而导致集流体费米级位置降低，这将导致电子优先向电解液盐而不是溶剂传输，从而形成富含无机物的 SEI。

此外，对NG@P-Al集流体进行几何和化学改性可确保改善亲电性，从而轻松降低钾金属的成核障碍。这种稳定的富无机SEI结构已通过高分辨率冷冻-TEM检测得到确定，其形成机制也通过各表征得到揭示。

图2. 钾金属的电化学沉积行为

由此产生的SEI能够加速离子传导并引导钾的均匀沉积。与使用典型的铝集流体组装的钾金属电池相比，基于这种设计的集流体的电池实现了更高的倍率能力（在50 mA cm^-2下维持400小时）和低温耐久性（在-50℃下稳定运行）。此外，该工作设计的集流体可规模化生产，可实现高安全性钾金属电池的可持续制造，并有可能降低制造成本。

图3. 基于原始和改性集流体的电化学性能

Dendrite-free And High-Rate Potassium Metal Batteries Sustained by An Inorganic-Rich Sei. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202306992