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時玉萌/田冰冰Angew：多功能3D聚乙烯醇-硼砂層的合理設計實現無枝晶鉀金屬電池

K金屬因其高容量和低工作電位而成為K離子電池的最佳負極，但由于不穩定的固體電解質中間相（SEI）和連續的K枝晶生長，導致電池存在容量衰減快和安全性差等問題。

為此，深圳大學時玉萌教授、田冰冰等人合理設計了一種3D 聚乙烯醇-硼砂交聯膜（PVA-Borax）涂覆在裸銅集流體表面，實現了無枝晶的鍍鉀/剝離過程。

基于硼酸根和PVA的羥基發生的脫水縮合反應，這種3D聚乙烯醇-硼砂層具有交聯結構和高彈性。此外，這種保護層具有良好的潤濕性、高的K離子擴散率和良好的結構穩定性，能夠實現“均勻的底層鍍鉀”行為，從而表現出穩定的電化學性能。

圖1. PVA與硼砂薄膜交聯過程示意圖及集流體表征

因此，基于含PVA-Borax的Cu集流體（PVA-Borax@Cu) 的電池在電流密度為0.5 mA cm^-2時表現出700 h的穩定循環壽命，在1 mA cm^-2下在10% 放電深度（DOD）下循環500 h而沒有枝晶形成。

即使在25% DOD和50% DOD的高利用率下，基于PVA-Borax@Cu的電池也分別表現出180和100 h的穩定循環。這種多功能三維PVA-硼砂復合層的合理設計，保證了無枝晶鍍鉀/剝離過程，對鉀金屬電池的發展具有重要意義。

圖2. 鉀金屬電池的電化學性能

Towards dendrite free potassium metal batteries: A rational design of multifunctional 3D polyvinyl alcohol-borax layer, Angewandte Chemie International Edition 2021. DOI: 10.1002/anie.202111753

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