钾（K）基电池由于K⁺的斯托克斯半径小以及路易斯酸性弱，在低温应用中有着巨大潜力，然而，其在零下条件下高能量密度（>200 Wh kg-1正极+负极）K电池却鲜有报道。
在此，北京航空航天大学郭林、王华等人通过一种无负极和双离子策略，在-40 °C下实现了能量密度超过400 Wh kg-1正极+负极的K电池。
研究显示，通过向这种无负极K电池中引入一种强缔合盐作为添加剂，可以在裸集流体上建立一种阴离子衍生固态电解质界面相，从而实现高度可逆、无过量K沉积/剥离行为。此外，作者合理设计了一种二元溶剂来降低阳离子去溶剂化能垒，进而确保了即便在低温下，在这种双离子结构中阳离子和无需去溶剂化的阴离子都能有相对容易的动力学表现。
基于此，K||Al半电池在-40 °C下能达到99.98%的高库仑效率。通过与高能正极配对，制造出了一种概念验证型无负极K双离子电池（N/P=0），该电池在-40 °C下能实现407 Wh kg-1正极+负极的创纪录高能量密度，并且能稳定循环183次（容量保持率80%）。
图1. 关于电解质化学以及结构-性能关联性的理论与实验研究
总之，该工作通过将双离子存储原理引入无负极电池体系，首次在零下条件下实现了一种高能量密度的AFPDIB。研究显示，由于KTFSI盐添加剂的强缔合特性，TFSI⁻阴离子能够与K⁺一起被有效地牵引至负极侧的内亥姆霍兹层，随后被还原并形成一层完整的、富含无机物且高强度的SEI，从而保障无负极电池能够稳定运行。
此外，经过合理定制的二元电解质2KDG将二甘醇二甲醚助溶剂引入一甘醇二甲醚中，通过抑制{K⁺（单一甘醇二甲醚）}ₙ（PF₆⁻）ₙ的生成，使其在LTs下具备更好的流变性能，进而具有更高的离子电导率。
基于此，其在K||Al半电池中能够实现高达99.98%的出色库仑效率。此外，在概念验证型的Al||PTPAn全电池（N/P=0）中，于-40℃下实现了407 Wh kg-1正极+负极的显著能量密度，且能稳定运行183次循环（容量保持率达80%）。因此，该工作为促进钾离子电池的发展提供了新的思路。
图2. 全电池的电化学特性
Realizing an Energy-Dense Potassium Metal Battery at −40 °C via an Integrated Anode-Free and Dual-Ion Strategy, Journal of the American Chemical Society 2025 DOI: 10.1021/jacs.4c12126