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湖大馬建民/化學所曹安民AM: 用于鉀離子電池的高性能正極材料：結(jié)構(gòu)設計和電化學性能

由于鉀儲量的明顯優(yōu)勢，鉀離子電池（PIBs）作為鋰離子電池（LIBs）的替代儲能系統(tǒng)正受到越來越多的研究關(guān)注。然而K⁺的大尺寸使得合適的電極材料難以確定，特別是決定PIB能量密度的正極材料，需要能承受K⁺連續(xù)嵌入/脫嵌過程中產(chǎn)生的嚴重結(jié)構(gòu)變形。因此，如果預期PIB的實際應用，遵循適當?shù)恼龢O材料設計原則以確保穩(wěn)定的電化學性能至關(guān)重要。

在此，湖南大學馬建民教授、中科院化學所曹安民研究員等人總結(jié)了PIBs先進正極材料的當前開發(fā)進展。綜述主要討論了正極材料的設計原則，重點是用于控制其結(jié)構(gòu)退化的有效策略，包括晶格工程、形態(tài)控制和成分優(yōu)化等方面。作者從介紹不同類型正極材料的電荷存儲機制開始，重點介紹了其結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系，以揭示其晶格框架所起的決定性作用。然后詳細回顧了在正極材料穩(wěn)定方面開發(fā)的可用控制策略，以揭示它們對減輕PIB 應用面臨的固有問題的重要貢獻。

圖1. 典型的鉀離子電池的原理圖

最后討論了不同類別正極材料未來發(fā)展面臨的關(guān)鍵問題，并展望了促進 PIB 進一步發(fā)展的潛在途徑和策略，包括：空氣穩(wěn)定性控制、抑制副反應、電解液設計、追求高能量密度、全電池的組裝等。

圖2. PIB正極材料的電化學性能比較

High-Performance Cathode Materials for Potassium-Ion Batteries: Structural Design and Electrochemical Properties, Advanced Materials. 2021. DOI: 10.1002/adma.202100409

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