时玉萌/田冰冰Angew：多功能3D聚乙烯醇-硼砂层的合理设计实现无枝晶钾金属电池

K金属因其高容量和低工作电位而成为K离子电池的最佳负极，但由于不稳定的固体电解质中间相（SEI）和连续的K枝晶生长，导致电池存在容量衰减快和安全性差等问题。

为此，深圳大学时玉萌教授、田冰冰等人合理设计了一种3D 聚乙烯醇-硼砂交联膜（PVA-Borax）涂覆在裸铜集流体表面，实现了无枝晶的镀钾/剥离过程。

基于硼酸根和PVA的羟基发生的脱水缩合反应，这种3D聚乙烯醇-硼砂层具有交联结构和高弹性。此外，这种保护层具有良好的润湿性、高的K离子扩散率和良好的结构稳定性，能够实现“均匀的底层镀钾”行为，从而表现出稳定的电化学性能。

图1. PVA与硼砂薄膜交联过程示意图及集流体表征

因此，基于含PVA-Borax的Cu集流体（PVA-Borax@Cu) 的电池在电流密度为0.5 mA cm^-2时表现出700 h的稳定循环寿命，在1 mA cm^-2下在10% 放电深度（DOD）下循环500 h而没有枝晶形成。

即使在25% DOD和50% DOD的高利用率下，基于PVA-Borax@Cu的电池也分别表现出180和100 h的稳定循环。这种多功能三维PVA-硼砂复合层的合理设计，保证了无枝晶镀钾/剥离过程，对钾金属电池的发展具有重要意义。

图2. 钾金属电池的电化学性能

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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时玉萌/田冰冰Angew：多功能3D聚乙烯醇-硼砂层的合理设计实现无枝晶钾金属电池

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