双石墨电极——钾双离子电池

随着太阳能、风能、潮汐能等新能源的飞速发展,大规模的电化学储能器件的开发与研究已经迫在眉睫。锂离子电池具有高能量密度及优异的循环稳定性,但其价格昂贵,锂资源储备有限且分布不均,难以用于大规模的电化学储能。而钾资源储量丰富,钾盐的价格低廉,其中,KPF6的价格大约是NaPF6的七分之一,是LiPF6的二十分之一。且钾的标准还原氢电位(-2.93 V vs. E0)与锂更为接近,所以期待钾电池拥有与锂电池相似的电化学性能。同时,以双石墨电极为基础的双离子电池具有价格低廉,环境友好等特点,配合廉价的钾盐作为电解质,有望在应用于大规模电化学储能。

Smll—lubingan

近期,湖南大学鲁兵安教授团队首次报道了双石墨电极的钾双离子电池。经充放电测试,该电池放电容量可达62 mAh g-1,在1.0 C (1C=100 mA g-1)的电流密度下,放电电压平台接近4.0 V;在1.0 C的电流密度下,60个充放电循环后,为第二次放电容量的112%。此外,该电池还具备优越的充放电倍率性能。并且,研究人员利用XRD和HRTEM等研究了该电池的运作机理。在充电过程中利用XRD研究石墨正极的变化,研究表明,随着充电的进行,石墨电极有新的峰位出现在25.9°并逐渐偏移至 25.4°,且峰强逐渐增强,表明了六氟磷酸根离子逐渐嵌入至石墨正极中,而在放电过程中,新峰位会逐渐减弱并偏移25.7°,揭示了六氟磷酸根离子从石墨正极脱出的过程。对于石墨负极,研究人员利用Raman追踪了G峰的变化,发现在充电时,石墨负极的G峰 (1575 cm-1)附近出现了一个新峰G2 (1615 cm-1),且随着充电的进行,G2峰的相对强度越来越强,表明了钾离子成功嵌入了石墨负极;而在放电过程中,G2峰逐渐减弱,揭示了钾离子逐渐脱出的过程。

该工作为开展钾双离子电池提供了新的思路,而这种廉价的、环保的具有双石墨电极的钾双离子电池有望在未来成为大规模储能器件的可能。相关工作发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201701011)上。

Speak Your Mind

*