创新点：南京林业大学郑晶老师课题组对钾离子电池组成结构的研究进展进行了综述，讨论了固体电解质界面对钾离子电池的重要影响，并对钾离子电池的发展前景进行了高度展望。
关键词：电极材料，电解质工程，钾离子电池，固体电解质界面。
近几十年来，随着科技、经济、生态的飞速发展，能源过度消耗和环境污染严重等问题在世界上变得日益突出，因此寻找新一代无毒环保型能源成为了当今社会所关注的焦点。其中锂离子电池(LIBs)因其电化学性能优异以及循环寿命长等优点被认为是手机、相机、笔记本电脑、可充电汽车等无线技术的首选储能系统。[1-6]然而，由于锂元素在地球上丰度较低以及分布不均匀导致其供不应求，市场价格持续上涨，严重阻碍了LIBs市场的扩大。为了寻找锂离子电池的替代品，科学家们提出了“后锂离子时代”，开发出了锂-硫电池、钠离子电池（SIBs）和钾离子电池（PIBs）等清洁型储能技术，以期获得高倍率性能，长循环寿命，低成本的可充电二次电池。其中，PIBs因其地壳丰度高，成本低，标准还原电势低成为了替代LIBs的最佳候选。
PIBs和LIBs一样，都是由正极、负极、电解液和隔膜四个部分组成。正极材料主要包括开路电压高、比能量大的普鲁士蓝类化合物以及过渡金属氧化物等；负极材料主要包括石墨、软/硬碳等电势较低的碳材料；电解液是连接正极和负极的盐桥，主要由由无机钾盐和非水溶剂的混合物组成，理想的钾盐应在溶剂中具有良好的溶解度，而理想的溶剂必须具有必要的流动性，以促进K + 的传递；隔膜的作用是隔离正极和负极，防止电池中的电子自由通过，避免两个电极接触而造成短路。由于K和Li的物理化学性质相似，于是PIBs和LIBs的工作原理也相似。PIBs是基于K + 在电极间迁移的“摇椅式电池”的充放电机制。以碳基材料为例，放电时正极产生的K + 通过电解液迁移到负极，并嵌入到碳层中去；相反，在充电过程中，K + 从碳层中释放后返回正极，在正负极间来回穿梭，两极间穿梭的K + 越多，电池的充放电容量越高。
PIBs主要有以下几点优势：（1）钾在地壳中分布均匀且具有1.5%的丰度，是锂丰度（200 ppm）的近900倍；（2）K/K + 的标准电极电位(-2.71 V)接近Li/Li + 的标准电极电位(-3.04 V)，这使得PIBs具有较高的能量密度；（3）如图1c所示，虽然K + （1.33 Å）的离子半径大于Na + （0.97 Å）和Li + （0.68 Å），但是K + 在有机溶剂中的斯托克斯半径（1.33 Å）小于Li + 和Na + （K + ：3.6 Å，Na + ：4.6 Å，Li + ：4.8 Å），导致K + 在电解液中的迁移动力学更快；（4）由于钾和铝在低压下没有发生合金化反应，于是更便宜的铝箔可以取代铜箔作为负极材料的集流体，大大降低了PIBs的成本。因此，PIBs作为LIBs的替代品在下一代储能技术中具有重要意义。
WILEY
论文信息：
Recent Advances in Potassium-Ion Batteries: From Material Design to Electrolyte Engineering
Jing Zheng*, Chi Hu, Luanjie Nie, Hang Chen, Shenluo Zang, Mengtao Ma, and Qingxue Lai*
Advanced Materials Technologies
Advanced
Materials
Technologies
期刊简介
Advanced Materials Technologies创刊于2016年4月， 是一本刊载技术相关的衔接材料科学和实际应用的高质量期刊，着重于基于新材料的先进工程、器件设计和新技术。Advanced Materials Technologies于2017年初被Web of Science收录，最新的影响因子为8.856。
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