近日，我院先进材料与能源器件团队在钾金属电池研究方面取得进展。相关工作以“Non-completely selenized Cu-OSe nanowires as potassium-philic host for anode-free potassium metal batteries”发表在《Energy Storage Materials》上（DOI：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103649），硕士生崔子洋为论文第一作者，朱前程博士、张文明教授为共同通讯作者。
在蓄电池的金属负极中，钾金属负极(PMBs)具有低成本、低氧化还原电位(-2.93 V)以及高理论比容量(687 mAh g-1)等优势，有望实现高比能、低成本储能体系。以钾金属电池(PMBs)为基础，进一步构建无钾的无负极钾金属电池可以将电池能量密度扩展到接近理论极限。此外，由于没有钾金属的使用，无负极钾金属电池还具有更好的安全性。实现无负极钾金属的关键在于电解液中的钾离子能够在集流体上进行高效率的沉积/剥离，但普通集流体通常存在成核电位过高、K枝晶生长和低库仑效率(CE)等问题，这使得实现无负极钾金属电池极具挑战性。
先进材料与能源器件团队通过使用不完全硒化的Cu-OSe纳米线(Cu-OSe NWs)作为亲钾宿主实现了长循环寿命的无负极钾金属电池，研究发现Cu-OSe键为K成核提供了丰富的活性位点。此外，低K+迁移能垒有利于K在Cu-OSe NWs表面的扩散。得益于以上作用机制，该集流体用于无负极钾金属电池取得了200次稳定循环突破，库伦效率可达98%，钾枝晶也被明显抑制。该工作为无负极钾金属电池的应用提供了可参考的集流体设计方案。
以上工作得到河北省自然科学基金、河北省留学回国人员资助和河北大学高层次人才引进项目的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103649
