锑碳阳极可为下一代电池的开发铺平道路

新开发的锑碳复合材料可以解决困扰钾离子电池(PIB)技术的问题。用这种材料制成的阳极增加了可以存储在PIB单元内部的能量。同时，每次使用都会降低降解速度，从而使使用寿命更长。

钾是一种丰富的矿物质，具有与锂相似的氧化还原电位。研究人员一直在研究钾基电池，以替代潜力已达到稳定水平的锂离子储能系统。

但是，钾也有缺点。它具有较大的离子半径，并且反应相当缓慢。因此，钾离子电池的阳极只能处理有限量的能量，并且降解得很快。

测试了多种碳基化合物，金属合金，金属氧化物和其他材料，以查看它们是否可以克服这些问题。但是它们都没有达到储存钾离子的高容量和循环稳定性。(相关：研究人员开发了可以存储更多能量的高能镁电池。)

一种由锑和碳制成的新型复合材料

最终，研究人员意识到有必要同时考虑电极材料的设计和电解质的性能。因此，马里兰大学(UMD)的两个团队提出了一种结合了锑和碳的新型复合材料。

这种新材料非常适合用作钾离子电池的阳极。它是通过电喷雾辅助方法制造的，可以轻松按比例放大。锑碳阳极设计用于高浓度电解质。测试表明，阳极具有很高的比容量，经过多次使用后仍保持稳定。

UMD首席研究员Wanggseng Wang和Michael R. Zachariah报告说：“我们已经通过一种灵活且可扩展的电喷雾辅助策略成功地制造了一种新型的锑碳复合物，其锑Sb纳米颗粒均匀地限制在碳球网络中(Sb @ CSN)。”

该材料展示了新的结构设计，并在阳极上创建了耐用的固体电解质中间相(SEI)。这些特性确保了阳极长时间的循环稳定性。

只有通过在电极材料表面上发生的适当化学反应，才能形成坚固的SEI。另外，为电池选择的电解质还将确定SEI是否足够耐用。

下一代钾离子电池的更耐用阳极

除了锑碳材料，UMD研究人员还创建了一种高浓度的电解质，该电解质安全稳定地用于钾离子电池。设计电解液的目的是为了鼓励在阳极上形成坚固的固体电解质中间相层，这将确保长期循环过程中电化学合金和脱合金反应的稳定性。

该材料的纳米结构具有非常小的锑颗粒，这些颗粒被均匀地封装在碳导体网络中。当在特殊电解质中时，这鼓励在阳极表面上形成持久稳定的SEI层。

测试表明，锑碳阳极在100个循环过程中实现了非常好的可逆容量。从第10个循环开始，其容量以每个循环0.06%的微小速率衰减。即使在第220个周期，它的降解率也不到10%。