鲁兵安&刘全慧&王星辉AEM：源于天然苎麻的高性能钾电池纤维素隔膜！

尽管钾电池（KBs），如钾金属电池和钾离子电池，有望实现低成本和高能量密度，但目前还没有能够满足KBs运行的专用隔膜。

湖南大学鲁兵安、刘全慧、福州大学王星辉等通过对纤维素的天然超分子结构进行工程设计，获得了一种具有高性能的分级多孔纤维素（HPC）隔膜。

图1. 来自苎麻的新型HPC隔膜的示意图和纤维素的超分子结构

具体而言，选择苎麻为原料，采用环保型 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基（TEMPO）介导的氧化和剧烈磁力搅拌，可将苎麻分解成纤维素纳米原纤维（CNF），这也有助于去除木质素和半纤维素。

纤维素的超分子和分层结构使隔膜具有高孔隙率、优良的机械性能、优异的电解液润湿性和稳定的热性能。小孔径(0.64 µm)和合适的曲折度(1.83)的结合能够实现均匀的电流分布并抑制K枝晶的刺穿。

图2. K//K对称电池的电化学性能

结果，K//K对称电池的寿命超过1000小时而不发生短路。受益于高的K⁺转移数（0.69），采用HPC隔膜的石墨//K和普鲁士蓝（PB）//K电池表现出卓越的循环稳定性（分别为400和200次循环）和高倍率性能。

此外，采用HPC隔膜的PB//石墨全电池在100次循环中可提供86 mAh g^-1的可逆转容量。总体而言，这种新型HPC隔膜通过对植物进行合理的结构改造，为KBs和其他储能系统的可持续发展提供了可能。

图3. 采用HPC隔膜的KIBs的电化学性能

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

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