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時(shí)玉萌/田冰冰Angew：多功能3D聚乙烯醇-硼砂層的合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)無(wú)枝晶鉀金屬電池

K金屬因其高容量和低工作電位而成為K離子電池的最佳負(fù)極，但由于不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)中間相（SEI）和連續(xù)的K枝晶生長(zhǎng)，導(dǎo)致電池存在容量衰減快和安全性差等問(wèn)題。

為此，深圳大學(xué)時(shí)玉萌教授、田冰冰等人合理設(shè)計(jì)了一種3D 聚乙烯醇-硼砂交聯(lián)膜（PVA-Borax）涂覆在裸銅集流體表面，實(shí)現(xiàn)了無(wú)枝晶的鍍鉀/剝離過(guò)程。

基于硼酸根和PVA的羥基發(fā)生的脫水縮合反應(yīng)，這種3D聚乙烯醇-硼砂層具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)和高彈性。此外，這種保護(hù)層具有良好的潤(rùn)濕性、高的K離子擴(kuò)散率和良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)“均勻的底層鍍鉀”行為，從而表現(xiàn)出穩(wěn)定的電化學(xué)性能。

圖1. PVA與硼砂薄膜交聯(lián)過(guò)程示意圖及集流體表征

因此，基于含PVA-Borax的Cu集流體（PVA-Borax@Cu) 的電池在電流密度為0.5 mA cm^-2時(shí)表現(xiàn)出700 h的穩(wěn)定循環(huán)壽命，在1 mA cm^-2下在10% 放電深度（DOD）下循環(huán)500 h而沒(méi)有枝晶形成。

即使在25% DOD和50% DOD的高利用率下，基于PVA-Borax@Cu的電池也分別表現(xiàn)出180和100 h的穩(wěn)定循環(huán)。這種多功能三維PVA-硼砂復(fù)合層的合理設(shè)計(jì)，保證了無(wú)枝晶鍍鉀/剝離過(guò)程，對(duì)鉀金屬電池的發(fā)展具有重要意義。

圖2. 鉀金屬電池的電化學(xué)性能

Towards dendrite free potassium metal batteries: A rational design of multifunctional 3D polyvinyl alcohol-borax layer, Angewandte Chemie International Edition 2021. DOI: 10.1002/anie.202111753

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