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普遍報道的鉀離子電池（PIBs）的儲能機制主要是基于合金型、脫嵌型和轉(zhuǎn)換型過程，這不可避免地會導致半徑較大的K⁺在嵌入/脫嵌中造成電極結(jié)構損傷，導致循環(huán)穩(wěn)定性較差等問題。要克服PIBs循環(huán)穩(wěn)定性差的問題，可能從根本上依賴于K⁺存儲機制的進步。

在此，湖南大學滕杰教授及寧波工程學院楊為佑教授等人以具有兩個羧基官能團作為氧化還原中心的對苯二甲酸（PTA）為例，提出了一種鉀存儲機制，用于探索具有高循環(huán)穩(wěn)定性的堅固高溫PIB。

在這種情況下，K⁺的嵌入/脫嵌可以通過體積變化減輕的表面反應進行，從而有利于提高PIB在高溫條件下的優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1. PTA的表征

作為概念證明，在 62.5 °C 的固定工作溫度下，PTA 電極的初始放電和充電比容量分別為～660 和165 mAh g^-1。此外，在電流密度為100 mA g^-1時160 次循環(huán)后容量保持率為86%。

同時在500 mA g^-1的高電流密度下，在390次循環(huán)后提供81.5% 的容量保持率。在低電流和高電流密度下實現(xiàn)的循環(huán)穩(wěn)定性是目前報道的高溫PIB中最好的。

圖2. PTA 電極在62.5 °C下的電化學性能

圖3. PTA電化學氧化還原反應機理

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

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滕杰/楊為佑PNAS: 由羧基官能團儲能實現(xiàn)的堅固高溫鉀離子電池

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