近年來(lái),可充電電池在消費(fèi)類電子產(chǎn)品與大型儲(chǔ)能器件的應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在可充電電池研究體系中,鉀離子電池得到了廣泛關(guān)注。鉀金屬資源豐富且標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)較低,因此鉀離子電池的實(shí)際應(yīng)用具有成本低廉、能量密度高的優(yōu)勢(shì)。然而,鉀離子電池進(jìn)一步發(fā)展面臨的瓶頸是鉀離子半徑太大,導(dǎo)致宿主材料在充放電過(guò)程中體積變化嚴(yán)重、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢,這一問(wèn)題將造成電極材料電化學(xué)性能快速衰減�；阝涬x子電池面臨發(fā)展瓶頸的現(xiàn)狀,探索具有超高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和超快鉀離子遷移速率的電極材料至關(guān)重要。目前,嵌入型電極材料由于在充放電過(guò)程中具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和較快的離子傳輸速率,被認(rèn)為是潛在的鉀離子電池負(fù)極材料。然而,嵌入型電極材料存在鉀離子儲(chǔ)存容量低、電子電導(dǎo)率差的缺點(diǎn),這導(dǎo)致組裝的鉀離子電池存在比容量低、倍率性能差的問(wèn)題。針對(duì)嵌入型材料用作鉀離子電池電極材料時(shí)存在的不足,本論文設(shè)計(jì)并制備了一系列嵌入型鉀離子電池負(fù)極材料（碳基材料和釩鈦基氧化物）,并對(duì)該系列的嵌入型電極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、儲(chǔ)鉀機(jī)理進(jìn)行了深入的研究分析。具體內(nèi)容如下:碳基材料因成本低廉已經(jīng)在鉀離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域得到了廣泛的研究關(guān)注。然而,碳基材料的循環(huán)穩(wěn)定... 

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從2004年到2019年7月鉀離子電池的發(fā)文量[8]

第一章緒論3雖然以上的這些優(yōu)勢(shì)說(shuō)明了鉀離子電池光明的應(yīng)用前景，但是進(jìn)一步的實(shí)際應(yīng)用依然存在問(wèn)題。第一，由于鉀元素的相對(duì)原子質(zhì)量較大，這在理論上限制了鉀二次電池的比能量密度。第二，鉀離子的半徑太大，其在電極材料中的本征嵌入脫出過(guò)程反應(yīng)動(dòng)力學(xué)較慢。并且大尺寸的鉀離子多次在電極材料中嵌入脫出時(shí)體積效應(yīng)大，這會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)性能的快速衰減。目前國(guó)際上眾多的科研工作者已經(jīng)開(kāi)始致力于鉀離子電池電極材料的研發(fā)工作已有諸多成果，但反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢的根本問(wèn)題依然沒(méi)有得到很好的解決。因此在本論文中，我們將在前人研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索高性能鉀離子電池電極材料。1.2鉀離子電池的組成與工作原理如圖1-3所示，鉀離子電池由正極、負(fù)極材料，電解質(zhì)和隔膜組成。鉀離子電池的工作原理與鋰離子電池類似：主要是由于鉀離子在正負(fù)極之間可逆的嵌入脫出過(guò)程引起電極電位的變化。與鋰離子電池中的“搖椅式”反應(yīng)類似。正負(fù)極材料由兩種能夠可逆的嵌入脫出鉀離子的材料組成。在充電時(shí)，鉀離子從正極材料中脫出到達(dá)電解液中，在電場(chǎng)力的作用下遷移到負(fù)極；此時(shí)在外電路中，電子通過(guò)導(dǎo)線有正極遷移到負(fù)極，從而確保正負(fù)極的正負(fù)極電荷守恒。放電過(guò)程是充電過(guò)程的逆過(guò)程。圖1-3鉀離子電池的組成與充放電原理Fig1-3Compositionandcharge-dischargeprincipleofpotassiumionbattery

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文41.3鉀離子電池正極材料由于鉀離子半徑比鋰離子和鈉離子大，這使得離子在電極中的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其緩慢。然而鉀離子具有更強(qiáng)的路易斯酸性，它在電解液中具有更快的傳輸速率。因此對(duì)鉀離子電池而言雖然離子的嵌入過(guò)程受到了限制，但是離子的卻具有更快的轉(zhuǎn)移速率。圖1-4是目前鉀離子電池正極材料的比容量和電壓窗口研究現(xiàn)狀分析，可以看出目前的正極材料主要包括了普魯士藍(lán)、層狀氧化物、聚陰離子化合物和有機(jī)化合物[9,10]。截止目前越來(lái)越多的科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)始致力于開(kāi)發(fā)高性能的鉀離子電池正極材料，并且關(guān)于鉀離子電池正極材料已經(jīng)出現(xiàn)了大量的研究成果。在這個(gè)部分，我們將對(duì)正極材料的發(fā)展做了詳細(xì)的介紹。圖1-4常見(jiàn)的鉀離子電池正極材料的電壓窗口和比容量Fig1-4Voltagewindowandspecificcapacityofcommonpotassiumionbatteryanodematerials1.3.1普魯士藍(lán)正極材料普魯士藍(lán)的通用分子式是AxM[Fe(CN)6]y·zH2O，其中A代表堿金屬（如鋰、鈉或鉀），M代表過(guò)渡金屬（鐵、錳、鎳或鈷），x的值由M和鐵的價(jià)態(tài)決定，一般在0-2之間。如圖1-5所示，普魯士藍(lán)的晶胞呈現(xiàn)是面心立方的開(kāi)放骨架結(jié)構(gòu)，空間群是Fm3m。在這個(gè)立方晶格中，氰化物配體與八面體結(jié)構(gòu)的MN6和FeC6相互連接，形成了一個(gè)具

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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