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鉀基電化學存儲的目標應用是各種固定式電能存儲系統(ESSs)，與鋰離子電池(LIBs)相比，該體系可能具有成本和供應優勢。但是，由于與有機電解液的高反應性，鉀金屬負極存在不穩定的固態電解質界面(SEI)和相關枝晶生長的問題。

美國德克薩斯大學奧斯汀分校David Mitlin、Pengcheng Liu等將AlF₃雙面涂覆在PP隔膜上首次報道了一種用于鉀金屬電池（KMBs）的多功能隔膜。

圖1多功能隔膜的制備

PP上的AlF₃雙層涂層可實現完全的電解液潤濕和改善的電解液吸收。它還通過電解液滲透的孔隙提高了離子電導率，并增加了離子轉移數。因此，AlF₃@PP充當離子自分配器，以促進更均勻和快速的K離子流向集流體，從而產生更均勻的K沉積/剝離。

AlF₃@PP在K金屬表面構建的人工SEI也起著關鍵作用。AlF₃ 有助于形成穩定的KF、Al₂O₃和AlF3 SEI層。這會增加SEI的彈性和塑性穩定性，同時創建不會進一步反應的新界面。

圖2 循環后的形貌分析

相比之下，普通PP顯示出較差的電解液潤濕和吸收以及降低的離子電導率和離子轉移數。綜合起來，這些缺陷會在循環過程中產生重大問題。如果電解液潤濕性差，則會形成“塊狀”剝離后SEI結構，從而加劇沉積/剝離過程中金屬生長/溶解的不均勻性。

正如光學觀察所證實的那樣，通過厚且不均勻的SEI緩慢的固態擴散動力學促進了“死金屬”的形成。離子電導率和離子遷移數的降低導致電解液中的濃差極化效應，這自然促進了枝晶生長。測得的循環引起的快速阻抗和過電位升高以及低循環CE表明存在上述問題。

圖3 采用KFe^IIFe^III(CN)₆正極的全電池的電化學性能

Multifunctional Separator Allows Stable Cycling of Potassium Metal Anodes and of Potassium Metal Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105855

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德克薩斯大學奧斯汀分校AM：多功能隔膜使鉀金屬電池穩定循環

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