可充式钾硒电池AFM综述- 大数跨境

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可充式钾硒电池AFM综述

科学材料站

2021-05-12

导读：本文首先详细介绍了基于不同硒分子结构的正极材料在钾硒电池中的电化学反应机理，主要有环状，链状，和小分子硒三种形式

文章信息

通讯作者：郭再萍*，窦世学*，王志明*

单位：，电子科技大学，澳大利亚伍伦贡大学，澳大利亚阿德莱德大学

研究背景

随着现代社会的快速发展，锂离子电池技术已经广泛地应用于各种便携式电器中，但是自然界中锂资源的不足和电极材料高昂的价格严重阻碍了锂离子电池的进一步发展。

钠、钾离子电池由于钠、钾的元素丰度远高于锂，在研究领域受到了极大的关注。钠盐或钾盐相比锂盐价格更低，可以大规模生产电极材料。此外，钾离子电池可以使用便宜的铝箔作为电流收集器，而不是昂贵的铜箔。在氧化还原电位方面，钾具有较低的标准还原电位(2.94 V vs SHE)，非常接近Li的标准还原电位(3.04 V vs SHE)。

此外，在碱金属离子中，钾离子具有最高的离子电导率和迁移率。考虑到硫在锂/钠储存方面的优越性，硫具有高理论比容量和较低的商业成本，已被用于与金属钾组装室温钾硫电池然而，由于硫的固有电导率太低，无法实现高活性材料利用率。此外，可溶性多硫化物钾的穿梭效应导致硫组分的持续损失和性能的快速退化。与硫同组的硒电导率远高于硫，理论比容量为675 mA h g-1，体积容量为3253 mA h cm-3。

为此，人们使用位于与硫同族的硒元素来代替硫，构建了钾硒电池，硒元素相较于硫元素具有更好的电导率，可以帮助提升活性物质利用率，硒正极在酯类电解液中的兼容性很高也相对稳定，重要的是硒的理论体积容量与硫非常接近。

自从2016年澳大利亚郭再萍教授率先提出这一构想后，研究者们对这种新兴的钾硒电池体系展开了一系列的研究，包括电化学机理，材料设计等并提出了很多优化策略。

文章简介

近期，电子科技大学的王志明教授与澳大利亚阿德莱德大学郭再萍教授、伍伦贡大学窦世学院士教授联合撰文，在国际顶级期刊Advanced Functional Materials上发表了题为“Rechargeable Potassium-Selenium Batteries”的综述文章。

本文首先详细介绍了基于不同硒分子结构的正极材料在钾硒电池中的电化学反应机理，主要有环状，链状，和小分子硒三种形式；

接下来，详细总结了钾硒电池面临的核心挑战，包括硒正极和钾负极；

在此基础上，又全面总结了钾硒电池在正极材料的研究进展，如碳硒复合材料、硫硒合金；

不仅如此，他们还给出了一系列有潜力的提升策略去帮助解决钾硒电池的困境，提升其电化学性能；

最后，对钾硒电池的发展做了简要的总结并对其未来发展方向做了展望。

本文要点

要点一：钾硒电池作为一种全新的电化学储能体系，它的电化学表现出了多样性。

与此同时，钠硒电池也遭遇了一系列的挑战，例如低的反应的活性，穿梭效应，钾枝晶的生长等。因此，本文首先详细讨论并总结了钾硒电池的电化学机理和核心挑战。

要点二：硒的理论容量虽然比硫低，但是其电导率却比硫远远高出很多个量级，并且它的理论体积容量与硫是相当的，这意味它可以用于构建高体积能量密度的钾基电池。

它的正极材料设计近来也得到了很大的进步，许多碳材料都已经被开发出来作为其宿主材料。因此，钾硒电池的正极材料研究进展被全面的总结。

要点三：钾硒电池的挑战不完全来自于正极，也和电解液、负极有关，因此许多正极设计之外的提升策略也可能会对解决钾硒电池的挑战、提升电化学性能有重要的作用，因此本文提出了一系列具有参考意义的提升策略来帮助促进钾硒电池体系的发展。

本文链接

Rechargeable Potassium-Selenium Batteries

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202102326

通讯作者介绍

王志明教授国家领军人才/基础与前沿研究院院长/电子科技大学教授/博导。

王志明教授1992年本科毕业于青岛大学，1995年硕士毕业于北京大学，1998年博士毕业于中国科学院半导体研究所，迄今，在Nature Materials，Chemical Review Society，Science Advances， Nature Communications，PNAS，Accounts of Chemical Research，AM，Nano Today，ACS Nano，AEM，Nano Letters，AFM，Nano Energy，Small，JMCA等国际知名期刊发表论文500余篇，H-Index 50，目前是英国皇家化学会会士，英国工程技术局学会会士，英国物理学会会士，英国材料/矿物/矿业学会会士，美国光学学会会士，Nanoscale Research Letters创刊主编，并担任Nano-Micro Letters共同主编，电子科学与技术英文版主编。王志明教授的研究兴趣包括但不限于：半导体纳米材料生长和表征，光电元器件设计、制备和集成，纳米光源和光电探测器，清洁可持续能源转化与储存相关的材料设计与器件。

郭再萍教授澳大利亚阿德莱德大学教授/博士生导师/ACS Applied Materials & Interfaces 副主编。

窦世学教授澳大利亚工程院院士/伍伦贡大学杰出教授/超导与电子材料研究所创始人/伍伦贡大学亚洲大使。

课题组介绍与招聘

王志明教授所领衔的信息材料与器件（Information Materials and Devices）团队长期从事清洁可持续能源转化与储存相关的材料设计与器件的研究，并长期招收具有物理、化学、材料科学与工程、电子科学与技术等学科背景的硕士、博士、博士后，欢迎有志之士到王志明教授的课题组从事电池、电容器、先进能源材料、柔性电子材料与器件等方面的研究。有意愿者可以支持到美国、加拿大、澳大利亚、德国、瑞士等国家以及知名课题组联合培养、访学和深造。

联系方式：xlhuang_uestc@163.com