近日，福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院在钾金属电池研究方面取得新进展，相关成果以“Synergy of Cu-Foam/Sb₂O₃/rGO for Stable Potassium Anodes of High-Rate and Low-Temperature Potassium Metal Batteries”为题发表于《Journal of Materials Chemistry A》（国际知名期刊，JCR 2区，IF=11.9）。

钾金属电池作为一种最有前途的大规模清洁电力储能和转换技术已被广泛研究。然而，钾金属电池仍然存在着严重的体积膨胀、枝晶生长和不稳定的固态电解质界面层(SEI)等问题，这严重影响了钾金属电池的性能。而三维集流体，如泡沫铜能够降低局部电流密度，并能够适应钾在电镀/剥离过程中较大的体积变化。然而，由于泡沫铜存在着亲钾性差、高的成核势垒以及成核过程中动力学缓慢等问题，这使得钾枝晶在泡沫铜上的生长不能得到很好的抑制，从而形成大的颗粒团簇，产生大量枝晶。因此，在三维集流器上构建具有增强亲钾性的高强度SEI层是减轻副作用和抑制枝晶生长的有效策略。为此研究者们将各种亲钾材料，包括铂、钯、金和银等贵金属，铋和锡等非贵金属，以及碳等引入到泡沫铜表面形成有利于钾沉积/剥离的改性层。通过提高改性层的亲钾性可以显著降低泡沫铜表面的钾成核过电位，抑制钾枝晶的生长。

在这项研究中，我们通过结构调节，在泡沫铜上加入合金-还原氧化石墨烯（rGO）保护层，开发了一种多功能界面，用于钾金属电池负极。该设计由缺陷丰富的rGO和亲钾的Sb₂O₃组成。Sb₂O₃的亲钾性可以降低钾金属沉积的成核势垒，高表面积的rGO可以减缓钾金属沉积过程中的体积膨胀。合金层与rGO保护层的协同作用为钾离子提供了高效快速的离子传输动力，在室温和低温下均实现了无枝晶的钾金属沉积，获得了高性能无枝晶钾金属电池。

该论文作者为22级博士生齐静和21级硕士生林程凯，通讯作者为张久俊院士，颜蔚教授。

论文来源：Qi J, Lin C, Deng S, et al. Synergy of Cu-Foam/Sb₂O₃/rGO for Stable Potassium Anodes of High-Rate and Low-Temperature Potassium Metal Batteries. Journal of Materials Chemistry A 2024.

原文链接：https://doi.org/10.1039/D3TA06919B