成果简介
金属钾电池凭借丰富的钾资源而在构建新一代高比能电池中备受关注。不含负极载体的无负极电池结构能够实现最高的理论能量密度。然而，金属钾在疏钾负极集流体上的沉积-剥离效率会导致快速的钾损失和循环寿命的缩短。本文，苏州大学孙靖宇课题组在《Adv Mater》期刊发表名为“Anode-Free Potassium Metal Battery Enabled by Directly Grown Graphene Modulated Aluminum Current Collector”的论文，研究通过在Al集流体上修饰超薄石墨烯实现了高稳定的无负极钾金属电池。
通过卷对卷等离子增强的化学气相沉积（PECVD）在商品化Al箔表面原位生长亲锂的石墨烯层（Al@G）并将其用作无负极钾金属电池的集流体。通过利用强附着力 (10.52 N m -1 ) 和高表面能 (66.6 mJ m –2)，所设计的 Al@G 结构确保了高度平滑和有序的K镀/脱工艺。因此，在K金属电镀/剥离过程中，Al@G可以在高达4.0mA cm -2 的电流密度和高达4.0 mAh cm -2的循环容量下工作，在0.5 mA cm –2和 0.1–2.0 mA cm –2的周期性电流波动下长达750小时的稳定循环。此外，还构建了一种由 Al@G 阳极集电器启用的新型无阳极K金属全电池原型，证明改善了的循环稳定性。
图文导读
图1。铝集流体的合成和表征
图2。集电器的分析表征等
图3。通过XPS分析SEI成分变化。
图4。无K金属全电池阳极的电化学特性
小结
本研究中，采用PECVD直接在商用铝箔上生长一层缺陷丰富的石墨烯调制层，以制备稳定的阳极集电器，用于无负极金属电池。石墨烯修饰层中的缺陷赋予了高表面能，确保了高度平滑和有序的K镀层剥离过程。石墨烯改性层通过与天然铝氧化物层的化学键与铝基板紧密结合，提高了改性层的长期耐久性。此外，将Al@G作为阳极集电器，k-FES2作为阴极，构建了一种新型的无阳极金属电池原型。这项研究的结果为实现先进的无阳极K-金属电池的阳极集电器上改性层的合理设计提供了见解
文献：https://doi.org/10.1002/adma.202202902
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