Nos últimos anos, com o rápido crescimento da demanda por baterias de energia, também levou ao rápido aumento dos preços das matérias-primas a montante. Em particular, as matérias-primas, como Li, Co e Ni, aumentaram acentuadamente nos preços de 2017, que compuseram bastante baterias de íon de lítio As margens de lucro, mas também se tornam um impedimento adicional para o custo da bateria de íon de lítio. Para reduzir o custo de produção de baterias de íon de lítio, incluindo baterias de K-íon, baterias de íon de Na e outras novas baterias de baixo custo têm sido um desenvolvimento rápido nos últimos anos, materiais catódicos, eletrólitos Houve grandes progressos, mas devido ao raio de iões K + e Na + é relativamente grande, de modo que o material de eletrodo negativo disponível para escolha embutida ou esticada, dificulta o desenvolvimento e a aplicação dessas baterias de baixo custo. Para resolver o carbono duro e outros materiais tradicionais em Incorporado em K, Na ions na má performance do problema, a Universidade de Pequim Jiaxin Zheng et al com base na bateria K-ion tradicional, através da otimização da fórmula da bateria para atingir a bateria positiva e negativa, respectivamente, diferentes tipos de reações: o positivo ainda é K + Embarcado e prolapso, mas o eletrodo negativo usando material de grafite para incorporação e prolapso de Li +, de modo que a bateria de K-ion Custos, mas também levar em conta o alto desempenho da bateria Li-ion.
Sabemos que as baterias de iões de lítio realmente participam da reação eletroquímica têm três partes principais: o cátodo, o eletrodo negativo e o eletrólito, o carregamento da bateria de íon de lítio, ocorrem duas reações simultaneamente: 1) prolapso positivo de Li + no eletrólito ; 2) Li + no eletrólito está incorporado no eletrodo negativo. Deve notar-se que essas duas reações ocorrem simultaneamente, isto é, Li + no eletrólito é incorporado no eletrodo negativo conduzido pelo campo elétrico e é simultaneamente descarregado do eletrodo positivo O Li + reabastecerá o Li + reduzido no eletrólito, o que fornece uma nova idéia para otimizar a estrutura da bateria K-ion. Jiaxin Zheng propôs uma solução que o material de eletrodo positivo da bateria K-ion ainda é usado, mas o eletrólito precisa ser usado ao mesmo tempo Contendo o eletrólito misto K + e Li +, o eletrodo negativo usando o material de eletrodo negativo da bateria de íon de lítio tradicional - material de grafite, de modo que o carregamento de K + do eletrodo positivo no eletrólito para o eletrólito Li + embutido em grafite (Devido ao raio de íons K + é relativamente grande, não pode ser incorporado em grafite), este projeto, mantendo a bateria K-ion a baixo custo, mas também garante um bom desempenho do ciclo da bateria , A tensão da bateria atinge 3.6V, 5000 ciclos sem declínio significativo.
A escolha de um material de eléctrodo positivo, Jiaxin Zheng seleccionado material de eléctrodo positivo da bateria comum de K + K2NiFeII (CN) 6, Mecanismo de interacção entre os iões de metal alcalino e o Normalmente bateria de iões de eléctrodo positivo de material diferentes, k da bateria de iões de materiais de cátodo (por exemplo K2NiFeII (CN) 6) interage com 12 CNs através de elétrons p, e foi encontrado através de estudos computacionais que aumentar o raio iônico do metal alcalino no caso de interação com elétrons p pode aumentar a concentração de íons de metais alcalinos planalto tensão, este voltametria cíclica também foi verificada (como mostrado acima), K + incorporado no material de tensão (3.59V) do que Li + tensão embutido (3.31V) 0.28V alta, de modo que a descarga durante K + serão primeiro inserido no material de cátodo, enquanto que o eléctrodo negativo, porque por raio mais curto afectar K +, de modo que o eléctrodo negativo é quase única inserir Li +, garantindo assim o Li + única encaixada no eléctrodo negativo, K + única encaixada no eléctrodo positivo, Positivo e negativo não se afetam.
A partir da figura pode, quando se utiliza K2NiFeII (CN) 6 como o eléctrodo positivo (electrolítica solução de 1 mol / L de LiPF6 a), quase no início apenas ver 3.59V + K perto do pico de corrente é incorporado no voltamograma cíclico , indicando que apenas o K + serão incorporados no material de eléctrodo positivo, mas após 30 ciclos no eléctrodo negativo, tem havido uma corrente de 3,3 V de pico, principalmente porque a solução electrolítica de K + de concentração é muito baixa, o que resulta em parte encaixada no Li + entre o material de eléctrodo positivo. Se o electrólito é adicionado em porções KPF6, é possível evitar eficazmente Li + incorporado no material de eléctrodo positivo (como mostrado na fig. c, a solução electrolítica é 0,5 mol / L de KPF6 e 0,5 mol / L de soluto misto de LiPF6 ).
No material do eléctrodo negativo, Jiaxin Zheng selecionou um material comercial de cátodo de bateria de íon de lítio - grafite, de acordo com resultados de pesquisa anteriores, devido ao raio de íon Li + é significativamente menor do que K +, Li + é mais facilmente incorporado no material de grafite, então quando Material de grafite como um eletrodo negativo de bateria iónica K / Li de iões duplos, para garantir que apenas o Li + embutido negativo e o positivo somente incorporados em K +.
A figura a seguir mostra o desempenho eletroquímico da bateria de iões duplos K / Li assimétrica projetada por Jiaxin Zheng. K2NiFeII (CN) 6 é usado como eletrodo positivo e a grafite é usada como material de eletrodo negativo (a pré-litografia foi realizada para evitar SEI Li é consumido durante a formação do filme), KPF6 0,5 M e LiPF6 0,5 M como eletrólito.
Como pode ser visto a partir do gráfico a, a plataforma de voltagem desta bateria está na proximidade de 3.6V, o K + correspondente reage dentro e fora do eletrodo positivo e a capacidade do eletrodo positivo ainda permanece a 71,2mAh / g após 100 ciclos, com o valor teórico de 70.7mAh / g é muito próximo e, em comparação com a bateria pura de K-ion, o desempenho de ampliação da bateria iônica e iônica e iônica assimétrica foi significativamente melhorado (mostrado abaixo b). O mais importante é que a bateria também mostrou muito Bom desempenho do ciclo, sem queda significativa em 5000 ciclos em uma ampliação de 30C (curva azul mostrada na tabela a seguir c). Observamos também que a relação de massa de eletrodos positivos e negativos tem efeito significativo no desempenho de ciclagem da bateria (Relação de massa de positivo: negativo = 1: 2, neste momento a capacidade de eletrodo negativo de 8 vezes o positivo) pode melhorar significativamente o desempenho do ciclo da bateria, Xiaobian levar ao problema principal é a quantidade de eletrodo negativo é muito grande A seletividade da grafite para dois tipos de íons não é tão boa quanto o esperado. Como resultado, quando o eletrodo negativo de grafite é muito pequeno, parte de K + será incorporada durante o processo de ciclagem, diminuindo a performance do ciclo. A seletividade do eletrodo negativo pode ser melhorada por meio de filme SEI seletivo artificial , Diminuição da quantidade de grafite eléctrodo negativo.
O trabalho de Jiaxin Zheng fornece uma nova idéia para o design da bateria K-ion. Se não conseguimos encontrar um material de eletrodo negativo embutido K + adequado agora, simplesmente usamos o eletrodo negativo da bateria Li-ion, o eletrodo positivo e o eletrodo negativo para trabalhar sozinho, Influenciar e efetivamente garantir o desempenho da bateria. Embora a tecnologia ainda não esteja madura, há muitos problemas a serem resolvidos, como a capacidade do material do cátodo é baixa, os requisitos de design da capacidade do eletrodo negativo, mas à medida que a tecnologia amadurece, esses problemas Pode ser gradualmente resolvido, e essas ideias de design podem nos ajudar a promover melhor, como o design da bateria de iões de sódio, promover a popularização e a aplicação de novas baterias.
