在鉀負極側采用鋁箔集流體是實現低成本和高能鉀金屬電池(PMBs)的理想選擇。然而，鉀和平面鋁之間的低親和力會導致不均勻的鉀沉積/剝離，從而破壞負極性能，這仍然是一個有待解決的重大挑戰。

北京大學張錦、蘇州大學孫靖宇等提出了一種氮摻雜碳@石墨炔改性鋁集流體量子點(NC@GDY-Al)，該集流體具有親鉀特性，同時可抑制枝晶生長并延長鉀負極的壽命。

圖1 材料制備及表征

這種集流體是通過在NC多面體模板上直接生長具有Cu量子點修飾的GDY納米片制備的，然后將這些材料涂覆到商業鋁集流體的表面上。改性層的厚度薄至 7 μm，質量負載為500 μg cm^-2。密度泛函理論(DFT)計算揭示了NC@GDY對鉀的高吸附能，從而證實了高親鉀特性。有限元模擬表明NC@GDY-Al有助于均勻離子通量并降低局部電流密度。

圖2 對稱電池和全電池性能

因此，由此衍生的不對稱電池可提供超低的成核過電位(3 mV)，同時具有高庫侖效率(CE~99.93%)。對稱電池測試表明，鉀金屬負極在40%的放電深度下表現出超過2400小時前所未有的循環壽命。即使在80%的放電深度下，電池仍然可以維持850小時。此外，當與鉀普魯士藍正極配對時，組裝的全電池顯示出與最先進PMB相當的容量和倍率性能。

圖3 鉀沉積/剝離行為的示意圖

Highly Potassiophilic Graphdiyne Skeletons Decorated with Cu Quantum Dots Enable Dendrite-Free Potassium Metal Anodes. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202202685