研究人員揭示一維納米結構對鉀離子電池的影響
時間:2022-06-03 11:53來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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（圖片來源：sciencedirect）
鉀離子電池：儲能系統的未來
目前，鋰離子電池因能量密度高、壽命長、環境友好等優點，在電動汽車等領域得到廣泛應用。然而，由于鋰供應量有限，而且全球分布不均，其發展受到影響。
鉀的天然儲量較多，而且具有與鋰相似的物理和化學特征。因此，在大規模燃料電池應用中，鉀離子電池（PIBs）被視為鋰電池的潛在替代品之一。然而，目前這種新型儲能系統還處于起步階段，并且存在一定的挑戰。這主要是因為鉀離子相應的原子半徑很大，大大降低了擴散速率。因此，開發高效電極材料，對于提高鉀離子電池的實用性，具有重要意義。
通過1D納米結構電極材料提高鉀離子電池的性能
使用納米結構一維（1D）電極納米材料，可以有效縮短離子擴散通道，增加電解液和電極界面的面積，并充分減少體積變化，顯著提高鉀離子電池的電化學性能。
在諸多1D納米結構中，納米線、納米片、碳納米管、納米纖維和納米點，由于性能獨特而備受關注。1D超長納米材料具有可以構建成連接網狀物的內在優勢，可用于創建獨立的可擴展電極。這樣的獨立電極可立即作為功能電極材料，輕松應用于鉀離子電池。
1D納米結構正、負極材料
堆疊過渡金屬氧化物、聚合物分子、普魯士藍和相關的有機衍生物，都是最常見的已知鉀離子電池正極化合物。然而，以往關于在正極中使用1D納米材料的研究很少。只有釩基化合物、錳氧化物和二元金屬多層氧化物正極材料，含有1D納米結構。
關于在負極材料中使用1D納米材料的研究和應用非常廣泛和詳細。在鉀離子電池中，石墨烯、非石墨碳、金屬硫化物、硒化物、氧化物，以及不同的復合材料，都是常用的負極材料。
1D納米材料的表征方法
為了揭示反應動力學和電極的形態特征，需要進行復雜的表征。在領先燃料電池的電解過程中，非原位分析不能很好地分析反應動力學。
通過原位表征，可以實時監測原始位置的電極物質，為了解電極的相變和結構變化機制提供更全面深入的信息。1D納米材料為原位表征提供了簡單而有效的環境。作為部分關鍵的原位表征方法，可使用原位透射電子顯微鏡（TEM）、X射線衍射（XRD）和拉曼測試方法，研究鉀離子電池中的1D納米結構電極材料。
未來前景和需要解決的問題
1D納米材料的表面積大，能夠提供較大的電極-電解液接觸面積，因此可以加快電解過程。但是作為電極和電解液之間二次反應的主要驅動因素，在1D納米結構中這一優勢反過來也成為一個問題，可能導致庫侖效率降低和電位衰減。
該問題并不僅僅存在于鉀離子電池的1D納米電極材料中，在其他電池儲能系統中也是障礙之一。通過微調1D納米材料的多孔性和體積，以及開發層次異質結構，可能提供有效的解決方案。
總的來說，關于鉀離子電池中使用的1D納米結構電極材料的研究，目前還處于早期階段。因此，需要將基礎研究與實際應用聯系起來。
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