先进能源材料化学教育部重点实验室（南开大学） Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry, Ministry of Education (Nankai University)

在过去的几十年间，锂离子电池由于其高的能量密度和优异的循环性能而被广泛的应用于便携式电子设备和电动车，并在电网调峰和分布式储能中开展了示范应用。然而，有限的锂资源和日益增加的成本不可避免地阻碍了锂离子电池在大规模储能系统中的应用。与锂离子电池相比，钾离子电池由于钾相对较高的地壳丰度（K：1.5 wt%，Li：0.0017 wt%）和与锂相似的物理化学性质而引起了人们的广泛关注。但钾离子相对较大的离子半径不可避免地导致了电极内部缓慢的离子扩散，从而表现出较差的倍率性能。因此，设计可快速储钾电极材料对钾离子电池十分重要。

近日，南开大学陈军院士和侴术雷教授研究员团队（论文作者：李林、轷喆、卢勇、王晨晨、张秋、赵硕、彭建、张凯、侴术雷、陈军）通过共沉淀法制备了K_1.84Ni[Fe(CN)₆]_0.88∙0.49H₂O（KNiHCF）正极，并通过电解液优化显著提升了KNiHCF的倍率性能。在此基础上使用石墨负极和KNiHCF正极构筑了钾离子全电池，表现出高的功率密度和长的循环寿命。

KNiHCF正极的基本表征

K_1.84Ni[Fe(CN)₆]_0.88∙0.49H₂O（KNiHCF）在优化的电解液中展现出小的电压极化（41 mV）、高的放电电压（3.82 V）以及优异的倍率性能（5000 mA g^–1电流密度下为45.8 mAh g^–1）和循环稳定性（循环100圈后的容量保持率为88.6%）。

通过原位X射线衍射，证明了KNiHCF正极优异的结构稳定性，在充放电过程中仅有5.9%的体积变化。

理论计算表明KNiHCF具有半导体特性和低的钾离子扩散能垒，有利于倍率性能的提升。

最终组装的KNiHCF//graphite全电池表现出高的功率密度（6889 W kg^–1）和优异的循环稳定性（在500 mA g^–1电流密度下循环500圈后的容量保持率为87.1%）。

该工作通过电解液优化显著提升了低应力KNiHCF正极的倍率性能，结合多种表征手段详细揭示了KNiHCF正极优异电化学性能的原因，并构筑了高功率密度和长循环寿命的钾离子全电池，将促进高性能钾离子电池的进一步发展。

论文信息：

A Low-Strain Potassium–Rich Prussian Blue Analogue Cathode for High Power Potassium–Ion Batteries

Lin Li, Zhe Hu, Yong Lu, Chenchen Wang, Qiu Zhang, Shuo Zhao, Jian Peng, Kai Zhang,

Shu-Lei Chou*, and Jun Chen*

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202103475