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魯兵安/王成新Nature子刊：電極皮膚實(shí)現(xiàn)5000次循環(huán)鉀金屬電池！

在自然界中，人體是一個(gè)完美的自組織和自修復(fù)系統(tǒng)，皮膚可以保護(hù)內(nèi)部器官和組織免受外部損害。

圖1. 鉀金屬電池的優(yōu)點(diǎn)和電極皮膚的制備

湖南大學(xué)魯兵安、中山大學(xué)王成新等展示了一種模仿人體皮膚的金屬電極皮膚（MES）來(lái)穩(wěn)定金屬界面的策略。具體而言，采用簡(jiǎn)單有效的工藝將含氟氧化石墨烯（F-GO）轉(zhuǎn)移到銅箔上，然后使用軋制工藝將其重新定位到金屬表面。

所設(shè)計(jì)的MES具有較高的表面平整度，這控制了初始循環(huán)中的表面電場(chǎng)強(qiáng)度，均勻的電場(chǎng)會(huì)影響離子濃度，使離子均勻地沉積在電極表面。在初始沉積過(guò)程中，F(xiàn)-GO容納了一些金屬，大大緩解了界面的體積變化。

此外，堿金屬可以促進(jìn)碳-氟鍵的裂解，生成富含氟化物的SEI，從而增強(qiáng)SEI的機(jī)械強(qiáng)度，增強(qiáng)的界面進(jìn)一步使高活性的金屬負(fù)極鈍化，提高了沉積/剝離過(guò)程中的界面穩(wěn)定性。

圖2. 鉀金屬電池的電化學(xué)性能

因此，在電流密度為0.5 mA cm^-2和容量為0.5 mAh cm^-2的情況下，對(duì)稱(chēng)電池的沉積/剝離壽命對(duì)覆蓋有MES的金屬負(fù)極來(lái)說(shuō)長(zhǎng)達(dá)2300小時(shí)。另外，Cu@MES||K非對(duì)稱(chēng)電池的循環(huán)壽命達(dá)到3200小時(shí)以上（1600次循環(huán)），是迄今為止非對(duì)稱(chēng)電池中最長(zhǎng)的循環(huán)壽命，這證明了MES可以大大改善電極的界面穩(wěn)定性。

最后，與普魯士藍(lán)（PB）正極配對(duì)后全電池也表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率能力（1000 mA g^-1，循環(huán)壽命超過(guò)5000次）。具有吸引力的性能和穩(wěn)定性表明MES在高能金屬電池方面有很大的潛力，這可能為下一代電池驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用鋪平道路。

圖3. PB||K電池的性能

Building electrode skins for ultra-stable potassium metal batteries. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-38065-9

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