近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出了一種新型高性能、低成本雙碳鉀離子電池，相關(guān)研究成果A Dual-Carbon Battery Based on Potassium-Ion Electrolyte(《基于鉀離子電解液的雙碳電池(K-DCB)》)已在線發(fā)表于能源材料期刊Advanced Energy Materials上。

    鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備等領(lǐng)域。但隨著鋰離子電池逐漸應(yīng)用于智能手機(jī)、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，鋰的需求量逐年快速增長(zhǎng)，而鋰的全球儲(chǔ)量有十分有限且分布不均，造成原材料價(jià)格上漲迅猛，嚴(yán)重制約了我國(guó)低成本、高性能儲(chǔ)能器件領(lǐng)域的快速發(fā)展。

    鉀元素由于具有和鋰相似的物理化學(xué)性質(zhì)，且其儲(chǔ)量豐富，成本低廉，且與鈉相比具有更低的氧化還原電位，使得基于鉀離子的二次電池體系受到廣泛關(guān)注。此外，近年來，雙碳電池由于其正負(fù)極都采用環(huán)保廉價(jià)的石墨材料，具有成本低廉、工作電壓高等優(yōu)勢(shì)，受到業(yè)界廣泛關(guān)注。

    結(jié)合鉀離子電池與雙碳電池各自的優(yōu)點(diǎn)，唐永炳及其團(tuán)隊(duì)成員季必發(fā)、張帆等人成功研發(fā)出一種新型高性能、低成本、環(huán)保友好的雙碳鉀離子電池。該電池采用中間相碳微球?yàn)樨?fù)極，膨脹石墨作為正極；電解液采用廉價(jià)易得的六氟磷酸鉀作為鉀鹽電解質(zhì)溶于有機(jī)溶劑中。

    其反應(yīng)機(jī)理為：充電時(shí)，電解液中的鉀離子運(yùn)動(dòng)到中間相碳微球負(fù)極表面，并嵌入至石墨層中，同時(shí)六氟磷酸根陰離子插層到正極石墨中；放電時(shí)，鉀離子從負(fù)極石墨層中脫出，同時(shí)正極石墨中的六氟磷酸根脫嵌回到電解液中。

    研究表明，該新型廉價(jià)雙碳鉀離子電池的放電中值電壓高達(dá)4.5V，單個(gè)紐扣電池就能同時(shí)點(diǎn)亮兩顆LED燈，并且電池充放電循環(huán)100圈后，容量幾乎沒有衰減，使得其可以滿足高電壓器件的要求。

    相對(duì)于現(xiàn)有傳統(tǒng)鋰離子電池技術(shù)，該新型電池將大幅降低生產(chǎn)成本，還具有環(huán)保友好、安全性高、能量密度相對(duì)較高等優(yōu)點(diǎn)，因此在大規(guī)模可再生清潔能源儲(chǔ)存、通訊備用電源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。