盖世汽车讯 现在，锂离子电池（LIB）广泛应用于各类电子设备和车辆，但这项技术存在锂资源有限以及安全性等问题。全球研究人员致力于寻找替代电池技术，例如水系钾离子电池。这些电池由储量丰富的材料制成，比锂离子电池安全得多，而且可以使用盐包水电解质（WISE），从而提高热稳定性和化学稳定性。

（图片来源：东京理科大学）

然而在高压水系电池中，防止阴极析氢以使电池保持稳定是主要挑战之一。在电极和电解质溶液之间形成的固态电解质界面层（SEI），有助于稳定LIB中的电极（可以防止电解质分解和电池自放电）。然而，在钾离子电池（KIB）中对这方面的研究却很少。

据外媒报道，为了解决这一问题，日本东京理科大学（TUS）的研究团队进行了一项开创性研究，以深入了解SEI的形成及其在基于WISE的KIB中的特性。

研究人员主要采用两种先进的分析技术：扫描电化学显微镜（SECM）和原位电化学质谱（OEMS），在使用3,4,9,10-苝四羧基二亚胺阴极（3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide negative electrode）和55 mol/kg K(FSA)0.6(OTf)0.4∙1H2O（该团队先前研究开发的WISE）的KIB电池操作过程中，实时观察SEI的形成和反应。

实验表明，在WISE中SEI形成了一层类似于LIB中见到的钝化层，并具有缓慢而明显的电子转移速率，有助于抑制析氢过程。这有助于实现KIB的稳定性并提高耐用性。然而，研究人员观察到，在较高的工作电压下SEI层覆盖不完整，从而导致析氢。

由此可以看出，在未来水系电池中探索改善SEI形成的潜在途径是很有必要的。 研究负责人Shinichi Komaba教授表示：“这些结果揭示了关于在一种特别的WISE中SEI的特性和稳定性的有趣细节。另外，研究人员应该专注于加强SEI网络，以实现更好的功能。通过开发其他能够产生独特SEI的电解质，或者通过加入电解质添加剂或电极表面预处理，也许可以改善SEI。”

在深入了解下一代电池中电极-电解质相互作用方面，这项研究还强调了SECM和OEMS技术能够发挥的作用。Komaba教授表示：“这些技术为跟踪SEI的发展、覆盖范围、离子转移和稳定性提供了有效的方法，可以轻松适应各种电解质和电极。这项工作有望鼓励其他研究人员进一步探索SECM和OEMS方法，将这些先进的表征方法与传统的电池测量结合起来，以获得更深入的见解。”

总体而言，开发KIB这样的水系电池，有助于未来实现可持续社会。因其有望取代昂贵且危险的锂电池，以用于电动汽车、智能电网、可再生能源系统和海洋应用。