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盡管鉀電池（KBs），如鉀金屬電池和鉀離子電池，有望實現低成本和高能量密度，但目前還沒有能夠滿足KBs運行的專用隔膜。

湖南大學魯兵安、劉全慧、福州大學王星輝等通過對纖維素的天然超分子結構進行工程設計，獲得了一種具有高性能的分級多孔纖維素（HPC）隔膜。

圖1. 來自苧麻的新型HPC隔膜的示意圖和纖維素的超分子結構

具體而言，選擇苧麻為原料，采用環保型 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基（TEMPO）介導的氧化和劇烈磁力攪拌，可將苧麻分解成纖維素納米原纖維（CNF），這也有助于去除木質素和半纖維素。

纖維素的超分子和分層結構使隔膜具有高孔隙率、優良的機械性能、優異的電解液潤濕性和穩定的熱性能。小孔徑(0.64 μm)和合適的曲折度(1.83)的結合能夠實現均勻的電流分布并抑制K枝晶的刺穿。

圖2. K//K對稱電池的電化學性能

結果，K//K對稱電池的壽命超過1000小時而不發生短路。受益于高的K⁺轉移數（0.69），采用HPC隔膜的石墨//K和普魯士藍（PB）//K電池表現出卓越的循環穩定性（分別為400和200次循環）和高倍率性能。

此外，采用HPC隔膜的PB//石墨全電池在100次循環中可提供86 mAh g^-1的可逆轉容量。總體而言，這種新型HPC隔膜通過對植物進行合理的結構改造，為KBs和其他儲能系統的可持續發展提供了可能。

圖3. 采用HPC隔膜的KIBs的電化學性能

Natural Supra-Molecular Structure Engineering for High-Performance Potassium Batteries Separator. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202357

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魯兵安&劉全慧&王星輝AEM：源于天然苧麻的高性能鉀電池纖維素隔膜！

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