滕杰/杨为佑PNAS: 由羧基官能团储能实现的坚固高温钾离子电池

普遍报道的钾离子电池（PIBs）的储能机制主要是基于合金型、脱嵌型和转换型过程，这不可避免地会导致半径较大的K⁺在嵌入/脱嵌中造成电极结构损伤，导致循环稳定性较差等问题。要克服PIBs循环稳定性差的问题，可能从根本上依赖于K⁺存储机制的进步。

在此，湖南大学滕杰教授及宁波工程学院杨为佑教授等人以具有两个羧基官能团作为氧化还原中心的对苯二甲酸（PTA）为例，提出了一种钾存储机制，用于探索具有高循环稳定性的坚固高温PIB。

在这种情况下，K⁺的嵌入/脱嵌可以通过体积变化减轻的表面反应进行，从而有利于提高PIB在高温条件下的优异循环稳定性。

图1. PTA的表征

作为概念证明，在 62.5 °C 的固定工作温度下，PTA 电极的初始放电和充电比容量分别为∼660 和165 mAh g^-1。此外，在电流密度为100 mA g^-1时160 次循环后容量保持率为86%。

同时在500 mA g^-1的高电流密度下，在390次循环后提供81.5% 的容量保持率。在低电流和高电流密度下实现的循环稳定性是目前报道的高温PIB中最好的。

图2. PTA 电极在62.5 °C下的电化学性能

图3. PTA电化学氧化还原反应机理

Robust high-temperature potassium-ion batteries enabled by carboxyl functional group energy storage, PNAS 2021. DOI: 10.1073/pnas.2110912118