由于钾元素具有成本低廉和分布广泛的特点，钾离子电池有望应用于新型二次电池体系，以此补充甚至代替现有的锂离子电池。因此，进一步开发高性能钾离子存储材料成为当前钾离子电池研究中的一个关键。目前，过渡金属硫化物作为负极材料在钾离子电池中具有良好的电化学性能，成为了当前的一个研究热点。然而，由于其在嵌钾脱钾过程中的电化学反应动力学缓慢，大多数的过渡金属硫化物比容量低、倍率特性差、循环寿命短。为了进一步提高过渡金属硫化物的储钾性能，可通过构建稳定的固体电解质界面膜 (Solid electrolyte interface, SEI) 来提高其电化学性能。但是当前在钾电领域关于如何合理地构建稳定SEI膜的研究还不够成熟。
最近，暨南大学物理学系麦文杰（点击查看介绍）课题组尝试设计还原氧化石墨烯包裹的金属有机框架衍生的双金属硫化物NiCo2.5S4（NCS@RGO）微米棒，并协同EP-KFSI电解液进行优化。经研究发现EP-KFSI电解液有助于在电极中形成质薄而坚韧的SEI膜，作用于NCS@RGO电极时展现出在50 mA g-1的电流密度下循环50次后，其可逆比容量仍高达580 mAh g-1，且无明显的衰减。同时，NCS@RGO电极的首次库伦效率达到78%，超过了目前绝大部分钾离子电池负极材料。此外，该电极协同EP-KFSI电解液也表现出极好的稳定性，在200 mA g-1的电流密度下经过314天1900次的超长循环，其可逆比容量依旧高达495 mAh g-1。研究人员在通过对循环后的电极进行全面的非原位表征，发现NCS@RGO电极协同EP-KFSI电解液下可形成质薄而坚韧的稳定SEI膜，提升了其力学和化学稳定性，有效保护电极材料在电化学过程中不被破坏，且显著抑制电池中副产物的生成。
图1. NCS@RGO电极协同多种不同电解液的电化学性能图。
图2. NCS@RGO电极协同不同电解液的隔膜照片及电极SEM图。
图3. NCS@RGO电极协同不同电解液循环后的XPS曲线、AFM图及AFM力学曲线。
图4. NCS@RGO电极协同EP-KFSI电解液的储钾性能图。
相关成果近期以Article长文形式发表在Angewandte Chemie International Edition上，第一作者是暨南大学的硕士研究生谢俊鹏，通讯作者是暨南大学黎晋良博士、麦文杰教授。
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A Robust Solid Electrolyte Interphase Layer Augments the Ion Storage Capacity of Bimetallic‐Sulfide-Containing Potassium-Ion Batteries
Junpeng Xie, Xiaodan Li, Haojie Lai, Zhijuan Zhao, Jinliang Li, Wanggang Zhang, Weiguang Xie, Yiming Liu, Wenjie Mai
Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201908542
导师介绍
麦文杰
https://www.x-mol.com/university/faculty/26778
（本稿件来自Wiley）
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