新型低成本双碳钾离子电池技术

锂离子电池已广泛应用于便携式电子设备、储能设备等领域。但随着锂离子电池逐渐应用于智能手机、电动汽车等领域,锂的需求量逐年快速增长,而锂的全球储量有十分有限且分布不均,造成原材料价格上涨迅猛,严重制约了我国低成本、高性能储能器件领域的快速发展。钾元素由于具有和锂相似的物理化学性质,且其储量丰富,成本低廉,且与钠相比具有更低的氧化还原电位,使得基于钾离子的二次电池体系受到广泛关注。此外,近年来,双碳电池由于其正负极都采用环保廉价的石墨材料,具有成本低廉、工作电压高等优势,受到业界广泛关注。

结合钾离子电池与双碳电池各自的优点,唐永炳及其团队成员季必发、张帆等人成功研发出一种新型高性能、低成本、环保友好的双碳钾离子电池。该电池采用中间相碳微球为负极,膨胀石墨作为正极;电解液采用廉价易得的六氟磷酸钾作为钾盐电解质溶于有机溶剂中。其反应机理为:充电时,电解液中的钾离子运动到中间相碳微球负极表面,并嵌入至石墨层中,同时六氟磷酸根阴离子插层到正极石墨中;放电时,钾离子从负极石墨层中脱出,同时正极石墨中的六氟磷酸根脱嵌回到电解液中。

研究表明,该新型廉价双碳钾离子电池的放电中值电压高达4.5V,单个纽扣电池就能同时点亮两颗LED灯,并且电池充放电循环100圈后,容量几乎没有衰减,使得其可以满足高电压器件的要求。相对于现有传统锂离子电池技术,该新型电池将大幅降低生产成本,还具有环保友好、安全性高、能量密度相对较高等优点,因此在大规模可再生清洁能源储存、通讯备用电源等领域具有广泛的应用前景。

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