鉀離子電池在初始循環(huán)時(shí)缺鉀和鉀的不可逆損失不可避免地會(huì)降低其能量密度和循環(huán)壽命。電池組裝前的正極預(yù)鉀化是解決這些問(wèn)題的有效方法，但面臨安全風(fēng)險(xiǎn)和成本高等問(wèn)題。

為此，澳大利亞悉尼科技大學(xué)汪國(guó)秀教授、孫兵聯(lián)合北京大學(xué)郭少軍教授及湖南大學(xué)解修強(qiáng)副教授等人報(bào)道了一種經(jīng)濟(jì)且簡(jiǎn)便的鉀補(bǔ)償策略，通過(guò)在正極使用自犧牲試劑（即K₂C₄O₄）來(lái)補(bǔ)充鉀的不可逆損失并提高正極界面穩(wěn)定性。

半電池測(cè)試表明，與不含添加劑的K_0.5MnO₂（KMO）電極（ICE=53. 6%，50 mA g^-1下300次循環(huán)后為78.1%）相比，K₂C₄O₄輔助的P3型K_0.5MnO₂（KCO@KMO）電極表現(xiàn)出極高的初始庫(kù)倫效率（ICE=93.5%）、顯著改善的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和容量保持率（50 mA g^-1下300次循環(huán)后為91.6%）。原位拉曼光譜、異位XPS、TEM表征證實(shí)，K₂C₄O₄的引入提供了額外的K⁺源且在電極表面形成薄且富F的CEI層，從而提高了循環(huán)時(shí)正極的界面穩(wěn)定性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

圖1. 鉀補(bǔ)償策略提高電池性能的機(jī)制

作為概念驗(yàn)證，作者將KMO、KCO@KMO正極與分別軟碳（SC）負(fù)極相結(jié)合來(lái)組裝鉀離子全電池。電化學(xué)測(cè)試表明，KCO@KMO||SC全電池在10 mA g^-1下顯示出101 mAh g^-1的可逆比容量和出色的容量保持率（100次循環(huán)后為88.7%）。

相比之下，KMO||SC電池在100次循環(huán)后容量保持率僅為31.1%。此外，KCO@KMO||SC全電池的能量密度（220 Wh kg^-1）是KMO||SC全電池（73 Wh kg^-1）的3倍，這也優(yōu)于許多最先進(jìn)的鉀離子全電池。與KMO||SC全電池輸出能量的嚴(yán)重?fù)p失不同，KCO@KMO||SC全電池在100次循環(huán)后仍保持158 Wh kg^-1 的高能量密度?？傊?，這項(xiàng)研究所提出的鉀補(bǔ)償策略表明了鉀離子電池的巨大潛力，并突出了其良好的實(shí)際應(yīng)用前景。

圖2. KCO@KMO||SC全電池的電化學(xué)性能

High-Efficiency Cathode Potassium Compensation and Interfacial Stability Improvement Enabled by Dipotassium Squarate for Potassium-ion Batteries, Energy & Environmental Science 2022. DOI: 10.1039/D2EE00833E