في السنوات الأخيرة، مع النمو السريع في الطلب على طاقة البطارية، لكنها أدت أيضا إلى الارتفاع السريع في أسعار المواد الخام المنبع، وخاصة لي، شركة، النيكل وغيرها من المواد الخام في عام 2017، والأسعار شهدت ارتفاعا حادا، وانخفاض كبير في بطارية ليثيوم أيون هوامش الربح، وأصبحت تكلفة بطارية ليثيوم أيون مزيدا من الانخفاض إعاقة. من أجل خفض تكلفة إنتاج بطارية ليثيوم أيون، وبطارية بما في ذلك أيون K الجديد، نا بطارية ليثيوم أيون، وقد وضعت بطارية منخفضة التكلفة بسرعة في السنوات الأخيرة، وهي مادة القطب الموجب، بالكهرباء حققنا تقدما كبيرا، ولكن بسبب K + والصوديوم + نصف قطر أيون كبيرة نسبيا، لذلك تمددت فيه في الخيارات لإدراج مادة القطب السلبية، التي تعيق تطوير وتطبيق البطاريات ذات التكلفة المنخفضة. من أجل حل الكربون الصلب والمواد التقليدية الأخرى تضمين K، نا أيونات أدنى في مشاكل الأداء، بكين جياكسن تشنغ وآخرون التقليدية بطارية K-أيون، وبطارية عن طريق تحسين صياغة، لتحقيق البطارية الإيجابية والسلبية هي أنواع مختلفة من ردود الفعل: K + هو القطب الموجب لا يزال جزءا لا يتجزأ من وهبوط، ولكن القطب السالب باستخدام مادة الجرافيت لي + التضمين والهبوط، بحيث أن كلا من بطارية K- أيون التكاليف، ولكن أيضا أن تأخذ في الاعتبار عالية الأداء بطارية ليثيوم أيون.
ونحن نعلم أن بطارية أيون الليثيوم تشارك حقا في رد فعل الكهروكيميائية من ثلاثة أجزاء رئيسية: أ القطب الموجب، والقطب السالب والمنحل بالكهرباء، وبطارية ليثيوم أيون، هناك نوعان من ردود الفعل في وقت واحد تحدث: 1) القطب الموجب لي + هبوط، في بالكهرباء ؛ 2) مضمن لي + في بالكهرباء في القطب السالب وتجدر الإشارة إلى أن هذه التفاعلات اثنين تحدث في وقت واحد، وجزءا لا يتجزأ من أي لي + في المحلول الكهربائي إلى القطب السالب في الحقل الكهربائي مدفوعة في حين تخرج من القطب الموجب. سوف بالكهرباء ملحق لي + خفض لي +، الذي يوفر وسيلة جديدة لتحسين هيكل من البطاريات K-ايون بالنسبة لنا. المقترحة جياكسن تشنغ البرنامج لا يزال مادة القطب الموجب باستخدام K-أيون مواد بطارية الكاثود، يحتاج بالكهرباء لاستخدامها في وقت واحد يحتوي بالكهرباء مختلط K + ولي +، والقطب السالب للبطارية ليثيوم أيون باستخدام مواد الأنود التقليدية - مادة الجرافيت ذلك أن عملية شحن K + سراحه من القطب الموجب، بالكهرباء يدخل بالكهرباء في لي + جزءا لا يتجزأ من الجرافيت (نظرا لدائرة نصف قطرها كبير نسبيا من أيونات K +، لا يمكن أن تكون جزءا لا يتجزأ في الجرافيت)، مثل هذا التصميم في حين يضمن الحفاظ على انخفاض تكلفة بطارية أيون K أيضا بطارية جيدة الأداء الدراجات وصل البطارية الجهد 3.6V، 5000 دورات، أي انخفاض كبير أسفل.
اختيار مادة القطب الموجب، جياكسن تشنغ اختيار K مشترك + بطارية مادة القطب الموجب K2NiFeII (CN) 6، آلية التفاعل بين ايونات المعادن القلوية وO عادة بطارية ليثيوم أيون القطب الموجب المادية المختلفة، K بطارية أيون المواد الكاثود (على سبيل المثال K2NiFeII (CN) 6 القلوي أيون الفلز) من الإلكترونات ص من شأنها أن تتفاعل مع 12 من CN. عن طريق حساب وتظهر الدراسات أنه في حالة من التفاعل مع الإلكترونات ص، مما يزيد من دائرة نصف قطرها من ايونات المعادن القلوية يمكن تحسين أيون الفلز القلوي جزءا لا يتجزأ من الجهد الهضبة، كما تم التحقق من هذا voltammetry دوري (كما هو موضح أعلاه)، K + جزءا لا يتجزأ من الجهد المادي (3.59V) من لي + الجهد جزءا لا يتجزأ من (3.31V) 0.28V عالية، وبالتالي فإن التفريغ خلال K + سوف تدرج لأول مرة في مادة الكاثود، في حين أن القطب السالب لأنه من خلال دائرة نصف قطرها أقصر تؤثر K +، وبالتالي فإن القطب السالب هو تقريبا فقط تضاف لي +، وبالتالي ضمان لى + جزءا لا يتجزأ في القطب السالب فقط، K + جزءا لا يتجزأ في القطب الموجب فقط، لا تؤثر على بعضها البعض بين الإيجابية والسلبية.
من هذا الرقم يمكن، عند استخدام K2NiFeII (CN) 6 كما القطب الموجب (كهربائيا حل 1mol / L من LiPF6 أ)، تقريبا في البداية فقط رؤية 3.59V + K قرب الذروة الحالية مضمن في voltammogram دوري ، مشيرا إلى أن فقط K + سوف تكون جزءا لا يتجزأ في المواد القطب إيجابية، ولكن بعد 30 دورات في القطب السالب، كان هناك 3.3V الذروة الحالية، وذلك أساسا لأن الحل كهربائيا تركيز K + منخفض جدا، مما أدى جزءا جزءا لا يتجزأ في لي + من بين المواد القطب إيجابية. وإذا أضيف بالكهرباء في أجزاء KPF6، فمن الممكن أن تمنع بشكل فعال لي + جزءا لا يتجزأ من المواد القطب الموجب (كما هو موضح في الشكل (ج)، والحل كهربائيا هو 0.5mol / L من KPF6 و0.5mol / L المذاب مختلطة من LiPF6 ).
في المواد القطب السلبية، جياكسن تشنغ اختيار التجارية ليثيوم أيون مواد بطارية الكاثود المشتركة - الجرافيت، استنادا إلى الأبحاث من قبل، منذ يثيوم أيون دائرة نصف قطرها + أصغر بكثير من K +، لذلك لي + أسهل جزءا لا يتجزأ من المواد الجرافيت، حتى أنه عندما عندما المواد الجرافيت كما أنود غير المتماثلة K / بطارية ليثيوم أيون مزدوج، لضمان فقط القطب السالب مضمن لي +، والقطب الموجب هو جزء لا يتجزأ فقط K +.
غير المتماثلة الكهروكيميائية يؤدي جياكسن تشنغ K أدناه يبين تصميم / بطارية ليثيوم أيون ثنائي القطب الموجب حيث يعمل هو K2NiFeII (CN) 6، والمواد المستخدمة القطب السلبية والجرافيت (كان قبل lithiation لتجنب SEI فيلم تشكيل المستهلكة خلال لي)، وبالكهرباء هو 0.5M 0.5M KPF6 LiPF6.
كما رأينا في الشكل لذلك، فإن الجهد البطارية 3.6V في محيط المنصة، الموافق K + في الإدراج واستخراج ردود فعل القطب الموجب، وقدرة القطب إيجابية بعد 100 دورات للعب بقي في 71.2mAh / ز، القيمة النظرية 70.7mAh / ز قريب جدا من K بالمقارنة مع بطارية ليثيوم أيون نقية، لي / K قدرة بطارية ليثيوم أيون معدل المزدوج غير المتماثلة قد تحسنت كثيرا (كما هو موضح في الشكل. B). والأهم هو أظهر الخلية أيضا جدا أداء دورة ممتازة، وتسري في التكبير من 5000 30C أي انخفاض واضح أسفل (الزرقاء منحنى ج كما هو مبين في الشكل.). نلاحظ أيضا الأداء الإيجابي والسلبي دورة كتلة من البطاريات لها أهمية تأثير زيادة عدد القطب السالب (نسبة الجماعية لالقطب الموجب: الكاثود = 1: 2، ثم القدرة القطب السالب من القطب الموجب 8 مرات) يمكن أن تحسن بشكل كبير من أداء دورة البطارية، مما أدى إلى القطب السالب تضم سلسلة صغيرة أن المشكلة الرئيسية المفرطة الجرافيت الانتقائية لكل من الأيونات وليس خيال جيدة، مما أدى إلى الجرافيت القطب السالب صغيرة جدا سيؤدي جزء جزءا لا يتجزأ من دورة K +، مما تسبب في تدهور خصائص دورة، عن طريق فيلم SEI انتقائية الاصطناعي وتحسين اختيار السلبية ، مبلغ مخفض من الجرافيت القطب السالب.
تصميم بطارية K-ايون يوفر طريقة جديدة للتفكير العمل جياكسن تشنغ، وإذا لم نتمكن من العثور على بديل مناسب K + جزءا لا يتجزأ من مادة الأنود، لذلك نحن فقط استخدام بطارية ليثيوم أيون سلبية، والعمل الإيجابي والسلبي وحده، و لا النفوذ، وضمان فعالية أداء البطارية. على الرغم من أن هذه التكنولوجيا ليست ناضجة، هناك العديد من المشاكل التي يتعين حلها، مثل انخفاض قدرة المواد الكاثود، وقدرة عالية متطلبات التصميم الأنود، ولكن مع التكنولوجيا ينضج، هذه المشاكل ويمكن أن تحل تدريجيا، ويمكن للأفكار وتصميم تساعدنا تعزيز أفضل الآخرين، مثل صممت بطاريات ليثيوم أيون الصوديوم لتعزيز تعميم وتطبيق بطاريات جديدة.
