近日，清華大學(xué)和中科院的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種特殊的陰極材料，這種材料可以用于更穩(wěn)定的鉀離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。據(jù)悉，這種新材料可以使儲(chǔ)能系統(tǒng)在2000個(gè)循環(huán)之后仍能夠保留94%的容量，而每個(gè)循環(huán)的容量衰減僅為0.003%。

鉀離子電池技術(shù)成本低、性能好，但迄今為止，它的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展十分有限，原因之一就是缺乏穩(wěn)定的陰極材料。但作為一種比鋰更加便宜、更加豐富的材料，科學(xué)家們也熱衷于開(kāi)發(fā)基于鉀的電池化學(xué)物質(zhì)。

清華大學(xué)和中科院的科學(xué)小組發(fā)現(xiàn)了一塊名為KFeC2O4F的磁阻材料，他們認(rèn)為，這可能比過(guò)去使用的任何材料都更加穩(wěn)定。這種磁阻材料是局部磁矩或自旋通過(guò)相互競(jìng)爭(zhēng)的交換作用而相互作用的物質(zhì)，這種相互作用不能同時(shí)滿足，因此導(dǎo)致了系統(tǒng)基態(tài)的大的簡(jiǎn)并度，而基態(tài)是粒子、原子或分子的最低能級(jí)。

科學(xué)小組稱，這種磁鐵有一個(gè)類(lèi)似于普魯士藍(lán)類(lèi)似物（PBAs）的3D開(kāi)放結(jié)構(gòu)，用于儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)顯示出更好的循環(huán)壽命和功率。“然而，這些材料的制備和處理在控制缺陷和水分方面相對(duì)困難。”

科學(xué)小組認(rèn)為，這種新的磁阻材料可以為儲(chǔ)能系統(tǒng)提供穩(wěn)定的容量，每克112毫安時(shí)，在2000次循環(huán)后可以保留94%的容量，每一次循環(huán)減少0.003%的容量。

當(dāng)KFeC2O4F陰極與軟碳陽(yáng)極結(jié)合后，制成了一個(gè)鉀基的全電池。軟碳陽(yáng)極的可逆容量約為每克85毫安時(shí)，它在200個(gè)周期內(nèi)的衰減能力可以忽略不計(jì)，而且具有令人印象深刻的速度。

KFeC2O4F的表征

盡管通過(guò)優(yōu)化電解液系統(tǒng)和使用合適的正極材料等方法也可以進(jìn)一步提高鉀離子全電池的性能，但這項(xiàng)陰極材料的研究清楚地表明，KFeC2O4F作為鉀離子電池陰極的可行性，未來(lái)可用于可持續(xù)的大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用。

除此之外，《自然》雜志上的一項(xiàng)研究也描述了一種新型的陰極材料——用于制造長(zhǎng)循環(huán)能力鉀離子電池的氟草酸鹽陰極材料；而由莫斯科斯科爾科沃理工學(xué)院（Skoltech）領(lǐng)導(dǎo)的另一項(xiàng)研究展示了鉀離子電池結(jié)合金屬離子裝置的高儲(chǔ)能容量和超級(jí)電容器的快速充電能力。

科學(xué)小組總結(jié)道，盡管已經(jīng)有大量的電池技術(shù)被報(bào)道，但制造低成本、高性能、功率和能量密度高、運(yùn)行安全和循環(huán)穩(wěn)定的電池仍然需要努力。對(duì)高性能和新型電池系統(tǒng)的深入研究是沒(méi)有止境的，且研究能量密度相對(duì)較高但成本較低的高性能鉀離子電池是很有必要的。

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