日前，我院先进材料与能源器件团队在钾电池研究方面取得新进展，设计和构建了一种便捷、无枝晶的钾金属复合阳极。相关工作“Dendrite-Free Potassium Metal Anode Induced by In-situ Phase Transitions of MoS2”发表在《Materials Today Physics》（2023, 101141）。硕士研究生雷宇为论文第一作者，朱前程博士、赵丹阳博士和张文明教授为共同通讯作者。
钾离子电池因其丰富的储量而被认为是下一代储能设备的必要替代品。而在钾离子电池的阳极材料中，钾金属由于其高理论容量和固有的低电位，被视为是一种很有前途的阳极。然而，其仍然存在无法控制的枝晶生长等问题，会导致电池短路乃至燃烧爆炸等安全隐患。本工作中，作者通过MoS2对碳布进行改性，利用MoS2的相变诱导钾金属的均匀沉积，构建了一种具有均匀表面的钾金属复合阳极。具体而言，随着钾的逐渐插入，MoS2经历了从初始MoS2到KxMoS2和最终K2S4的一系列相变，然后随着进一步放电，K均匀地沉积在K2S4上。这种相变显著降低了K的成核能垒。K和K2S4界面之间的强相互作用诱导K均匀沉积，以抑制钾枝晶的形成。基于以上优点，MoS2/CC@K对称电池表现出低电压滞后和优异的循环稳定性。当与苝-3，4，9，10-四羧酸二亚胺（PTCDI）阴极组装全电池时，显示出优异的倍率能力和循环寿命（10000次循环）。此外，该体系也在锂（钠）金属阳极上进行了验证，MoS2/CC基底仍然表现出优异的电化学性能。这项工作为抑制碱金属电池的枝晶生长提供了一个新的尝试。
本研究得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北大学高层次人才引进计划等经费的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2023.101141
