칼륨 금속 배터리(PMB)는 칼륨이 풍부하고 유사한 화학적 특성으로 인해 리튬 이온 배터리의 비용 효율적인 대안으로 주목을 받고 있습니다.그러나 통제되지 않은 수상돌기 성장 및 계면 불안정성과 같은 문제는 PMB의 성능과 안전성을 약화시켜 양극 계면을 안정화하고 수상돌기 형성을 방지하기 위한 새로운 솔루션을 요구하는 주요 과제를 제시합니다.

노스이스턴대학교 연구진 및 공동연구자들출판됨저널에 실린 연구 결과전자과학.그들의 연구 "Realizing a Dendrite-Free Metallic-Potassium Anode Using Reactive Prewetting Chemistry"는 KF/Zn이 풍부한 하이브리드 인터페이스 레이어를 구성하는 새로운 접근 방식을 소개합니다.칼륨금속.

이 인터페이스는 이온 및 전자 전달 역학을 향상시켜양극향상된 전기화학적 성능과 2,000시간의 사이클링 동안 안정성이 연장되었습니다.

연구팀은 배터리 안정성과 효율성을 높이는 반응성 사전 적심 기술을 사용하여 칼륨 금속 양극에 KF/Zn 하이브리드 인터페이스 층을 개발했습니다.불화칼륨(KF)은 수상돌기 성장을 억제하는 강력한 전자 터널링 장벽 역할을 하며, 아연(Zn) 나노결정은 강화합니다.전기 전도성그리고 이온 수송.이 이중층 인터페이스는 양극을 안정화하여 장기적인 배터리 성능에 중요한 원활한 이온 및 전자 흐름을 촉진합니다.

이 연구에서는 KF/Zn@K 양극을 사용하는 배터리가 전압 변동을 최소화하면서 2,000시간 이상 안정적인 사이클링을 유지하고 수지상정이 없는 상태를 유지한다는 사실을 보여주었습니다.이 양극을 사용하는 전체 배터리 셀은 5C에서 3,000회 이상 사이클 동안 61.6mAh/g의 높은 가역 용량을 나타내어 대규모 에너지 저장을 위한 보다 안전한 고성능 칼륨 금속 배터리를 향한 중요한 진전을 나타냅니다.

수석 연구원인 Wen-Bin Luo 박사는 “우리의 연구는 칼륨 금속 배터리의 수지상 결정 성장이라는 지속적인 문제에 대한 간단하면서도 효과적인 해결책을 제공합니다."이온과 전자 전달의 균형을 맞추는 하이브리드 인터페이스 레이어를 설계함으로써 우리는 배터리 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 안전성도 크게 향상시켜 광범위한 에너지 저장 응용 분야에서 PMB를 더욱 실용적으로 만들었습니다."

수상돌기가 없는 칼륨 금속 양극의 출현은 대규모 에너지 저장 시스템에 중추적인 역할을 할 수 있는 보다 안전하고 신뢰할 수 있는 PMB에 대한 새로운 기회를 제시합니다.이 혁신은 중요한 안전 문제를 해결하고 확장 가능한 접근 방식을 제공하여에너지 밀도미래 배터리의 수명 및 재생 가능 에너지 저장 기술 분야에 잠재적으로 혁명을 일으킬 수 있습니다.

추가 정보:Lu-Kang Zhao 외, 반응성 사전습윤 화학을 사용하여 수상돌기가 없는 금속 칼륨 양극 실현,전자과학(2023).DOI: 10.1016/j.esci.2023.100201

제공자:트랜스 스프레드