鉀金屬電池是未來能源儲存的理想選擇。然而，其應(yīng)用卻受到陽極側(cè)枝晶的困擾，這會導(dǎo)致形成脆弱的固體電解質(zhì)界面相（SEI）和集流體上不均勻的鉀沉積。

圖1.?通過Al的雙重改性設(shè)計定制SEI成分

蘇州大學(xué)孫靖宇、浙江工業(yè)大學(xué)陶新永等展示了以直接生長的摻氮石墨烯表皮為修飾的三維多孔框架鋁集流體（NG@P-Al）的雙重改性設(shè)計。研究顯示，由于摻雜碳和鋁之間的電負(fù)性差異，鋁基板上的電子密度會降低，從而導(dǎo)致集流體費米級位置降低，這將導(dǎo)致電子優(yōu)先向電解液鹽而不是溶劑傳輸，從而形成富含無機物的 SEI。

此外，對NG@P-Al集流體進(jìn)行幾何和化學(xué)改性可確保改善親電性，從而輕松降低鉀金屬的成核障礙。這種穩(wěn)定的富無機SEI結(jié)構(gòu)已通過高分辨率冷凍-TEM檢測得到確定，其形成機制也通過各表征得到揭示。

圖2.?鉀金屬的電化學(xué)沉積行為

由此產(chǎn)生的SEI能夠加速離子傳導(dǎo)并引導(dǎo)鉀的均勻沉積。與使用典型的鋁集流體組裝的鉀金屬電池相比，基于這種設(shè)計的集流體的電池實現(xiàn)了更高的倍率能力（在50 mA cm^-2下維持400小時）和低溫耐久性（在-50℃下穩(wěn)定運行）。此外，該工作設(shè)計的集流體可規(guī)?；a(chǎn)，可實現(xiàn)高安全性鉀金屬電池的可持續(xù)制造，并有可能降低制造成本。

圖3. 基于原始和改性集流體的電化學(xué)性能

Dendrite-free And High-Rate Potassium Metal Batteries Sustained by An Inorganic-Rich Sei. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202306992