钾离子电池因钾分布广泛、标准电极电势较低等优势，在大规模储能领域具有的广阔应用前景。而正极材料性能对全电池的工作电压与输出容量具有重要影响，铁基普鲁士蓝类似物正极晶粒尺寸较小，结构稳定性较差，严重制约了钾离子电池的电化学性能。因此，开发先进的铁基普鲁士蓝类似物具有重要的研究意义与实用价值。
近日，我院先进化学电源研究所在钾离子电池正极材料的储钾性能研究方面取得新进展，提出普鲁士蓝钾离子电池正极材料结构和正极/电解液界面稳定相结合的协同策略，提高钾离子全电池电化学储钾性能。相关成果以“Dual stabilization in potassium Prussian Blue and cathode/electrolyte interface enables advanced potassium-ion full-cells”为题发表在国际学术期刊《Journal of Colloid and Interface Science》（影响因子IF=8.128，JCR一区，TOP）。中国矿业大学为第一完成单位，我院材料科学与工程专业—能源材料方向2018级本科生林业超为第一作者，我院青年教师陈亚鑫为通讯作者。
图1 普鲁士蓝六氰亚铁铁酸钾材料的形貌调变
此工作通过共沉淀法抑制晶体长大与减慢晶体生长速度，调节结晶过程，调控材料形貌结构(图1)，进而合成一种结构稳定的铁基普鲁士蓝类似物钾离子电池材料。该材料具有较大的晶粒尺寸、规则的立方颗粒特征、较好的电化学储钾性能和循环稳定性。通过使用高浓度的KFSI电解液稳定正极材料与电解液的界面，抑制钾金属对电极在电解液中的分解, 进一步减少界面副反应，从而使铁基普鲁士蓝钾离子电池正极材料的库仑效率和循环性能进一步提高。基于以上电极材料以及电极/电解液界面的协同稳定策略，组装匹配具有高容量、高倍率、高稳定性的钾离子全电池器件(图2)。
图2 正极与电极/电解液界面稳定的协同策略示意图
上述研究工作得到National Natural Science of China(21975283), China Postdoctoral Science Foundation (2020M681762), State Key Laboratory of Chemistry and Utilization of Carbon-based Energy Resource (KFKT2021007), CAS Key Laboratory of Carbon Materials (KLCMKFJJ2010) 项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.05.023
Yechao Lin, Jiacen Liu, Liluo Shi, Nannan Guo, Zongfu Sun, Chao Geng, Jiangmin Jiang, Quanchao Zhuang, Yaxin Chen*, Zhicheng Ju, Dual stabilization in potassium Prussian Blue and cathode/electrolyte interface enables advanced potassium-ion full-cells, Journal of Colloid and Interface Science, 2022, 623, 1.
