鉀離子電池（PIB）由于鉀的高豐度是鋰離子電池（LIB）的有利替代品，可用于大規(guī)模電化學(xué)存儲設(shè)備。然而，由于鉀離子的半徑較大（1.39 ?），傳統(tǒng)的PIB 電極通常表現(xiàn)出較低的實際容量和較差的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，鉀金屬的高反應(yīng)性引起了嚴(yán)重的安全問題，這些特性嚴(yán)重阻礙了PIB電極的實際應(yīng)用。

為此，澳門大學(xué)Kwun Nam Hui教授、陳石教授聯(lián)合南京工業(yè)大學(xué)邵宗平教授及英國東英吉利大學(xué)Kwan San Hui等人報道了將磷化鋅復(fù)合材料合理地設(shè)計為 PIB負(fù)極，并將其用于在不可燃的磷酸三乙酯（TEP）電解質(zhì)中運行以解決上述問題。具體而言，通過控制Zn、ZnO和P原料的比例來優(yōu)化磷酸鋅的含量可平衡磷化鋅的循環(huán)穩(wěn)定性和高比容量。

作者基于通過一步球磨設(shè)計和制備了磷酸鋅含量分別為10、20和30 wt% 的三種磷化鋅復(fù)合材料，并分別標(biāo)記為不含C的ZnP₂@ZPO(10)、ZnP₂@ZPO(20)和ZnP₂@ZPO(30)。作者組裝鉀離子半電池以驗證優(yōu)化的磷化鋅復(fù)合材料的鉀離子存儲性能，結(jié)果證明，磷化鋅復(fù)合材料的容量和循環(huán)穩(wěn)定性確實隨磷酸鋅含量而變化。此外，所有的磷化鋅復(fù)合材料在不易燃的TEP基電解質(zhì)中都表現(xiàn)出比傳統(tǒng)的EC/DEC基電解質(zhì)更好的電化學(xué)性能。

圖1. 磷化鋅復(fù)合材料在不同電解質(zhì)中的電化學(xué)性能

特別是，ZnP₂ @ZPO(20)復(fù)合材料表現(xiàn)出高實際比容量（0.1 A g-1時為571.1 mAh g^-1）和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（在0.5 A g^-1下1000次循環(huán)后容量保持率為94.5%）。

作者通過XPS深度剖面分析對SEI進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)SEI中存在大量由KFSI分解引起的含硫物質(zhì)。這些含硫物質(zhì)在基于TEP的電解質(zhì)中隨著充電/放電過程可逆地動態(tài)演化和轉(zhuǎn)化，而不是在基于EC/DEC的電解質(zhì)中反復(fù)形成和降解。這種可逆的SEI有助于穩(wěn)定電極，因此在TEP基電解質(zhì)中實現(xiàn)了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

作者還選擇有機(jī)苝四羧酸二酐（PTCDA）作為正極組裝全電池以證明ZnP₂ @ZPO(20)電極在實際器件中的可行性，該全電池在0.1 mA g^-1下200次循環(huán)后仍保持65.6 mAh g^-1的放電容量，還可持續(xù)為電風(fēng)扇供電?？傊@種動態(tài)可逆的SEI 概念可能為PIB的優(yōu)質(zhì)電極設(shè)計提供新的策略。

圖2. PTCDA//ZnP₂ @ZPO(20)全電池的電化學(xué)性能