近日，课题组张冬婷博士等在钾金属电池方向取得新进展，以题”Dual-gradient Engineering of Conductive and Hierarchically Potassiophilic Network for Highly Stable Potassium Metal Anode”发表于国际能源顶级期刊Advanced Energy Materials（IF：24.4，中科院一区）上。

    钾金属电池因其低廉的成本和潜在的高能量密度，在大规模储能系统中受到广泛关注。但在电池充放电过程中，钾金属负极仍面临体积膨胀大、枝晶生长不可控等挑战，导致其实际应用受限。这些问题主要是由充/放电过程中，钾金属负极表面不均匀的沉积/剥离行为造成的。因此，研究者提出设计亲钾骨架、构建人工SEI层和优化电解液组分等多种策略，来引导钾金属在负极表面均匀沉积，并在一定程度上抑制了枝晶生长和体积膨胀。然而，在高电流密度和大循环容量下，钾金属负极仍然面临着不可控的枝晶生长和体积膨胀问题。如何有效操控钾金属沉积行为，彻底抑制钾枝晶和体积膨胀问题，仍然亟待进一步研究。鉴于此，本课题组开发了亲钾和导电的双梯度自支撑骨架（简称为TS-PKS骨架），操控钾金属定向沉积，从而有效抑制钾金属负极的枝晶生长和体积变化。该骨架底层含Ti₃CN和F掺杂的SnO₂，顶层为全氟磺酸钾（PFSA-K）和有序介孔二氧化硅（SBA15）制备的离子导电膜。TS-PKS骨架的亲钾性和电导率沿垂直方向逐渐增大，能够控制钾金属在负极以自下而上的方式均匀沉积。同时，TS-PKS骨架顶层的离子导电膜不仅阻止沉积的钾金属与电解液间的电子直接转移并加速钾离子的脱溶剂化，从而抑制副反应，而且优异的机械强度可以缓冲钾金属沉积/剥离过程中严重的体积变化。实验结果证明，开发的双梯度自支撑TS-PKS骨架抑制了负极的钾枝晶生长，显著提升了负极结构的稳定性，从而有效改善了钾金属负极的循环稳定性。本文报道的双梯度宿主为设计超长循环寿命的钾金属负极提供了新选择。

全文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202401960

该项工作得到了甘肃省重大科技计划项目(22ZD6GA008)国家自然科学基金项目(52062030、22309065)甘肃省自然科学基金重点项目(23JRRA789)等项目的支持。