作为一种极有前途的低成本储能技术，可充电钾离子电池（KIBs）有限的容量严重阻碍了其发展。作为一种有吸引力的容量提升策略，目前，在密封的KIBs体系中还没有实现与氧相关的阴离子氧化还原活性。

近日，南京大学周豪慎教授报道了通过将KO₂嵌入到负载还原石墨烯（rGO）的纳米二氧化钌（RuO₂）催化剂颗粒中，首次在KO₂基正极上实现了可逆的超氧化物/过氧化物（KO₂/K₂O₂）相互转化。

文章要点

1）研究人员发现，超氧阴离子（O^2-）是不可逆析氧和电解质分解的罪魁祸首，通过将KO₂嵌入到RuO₂@rGO基质中，可逆的KO₂/K₂O₂相互转化被限制在O₂^-/O₂-自由区域内，并得到了系统的内外定量/定性表征的证实。此外，体相/表面敏感光谱的观察结果显示，在充电过程中电极/电解液界面上形成独特的缺钾K_1-xO₂-Ru中间态，从而抑制了超氧阴离子（O^2-）的形成。

2）实验结果表明，半电池的平均往返过电位仅为0.2 V，900次循环后的可逆容量为300 mAh/g（基于预负载KO₂的质量）。此外，得益于电解质的改性，相应的全电池在使用有限数量的过剩K-金属负极组装后具有优异的循环稳定性，这与其他最先进的KIBs相比具有显著的竞争力。此外，通过与其他KIBs正极和全电池候选电池进行比较，所开发的KIBs不仅提高了高能量密度，而且还表现出高能效、高倍率性能和长期循环性能。

该研究首次在KIBs中成功地实现了可逆的超氧化物/过氧化物相互转化正极反应，有望激发氧相关阴离子氧化还原反应的发展，用于制造具有高能量密度的可充电电池。

Yu Qiao, et al, A high-capacity cathode for rechargeable K-metal battery based on reversible superoxide-peroxide conversion, National Science Review, nwaa287, 2020

DOI: 10.1093/nsr/nwaa287

https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa287