4月18日，伟德bv1946、汽車材料教育部重點實驗室鄢俊敏教授在Cell子刊《Joule》上發表題為“High-Energy-Density Flexible Potassium-Ion Battery Based on Patterned Electrodes”的伟德bv1946官网首篇研究論文。

在傳統化石能源日益枯竭、環境污染日益加重的嚴峻考驗下，開發高效、實用、綠色的新能源存儲材料與器件是能源領域發展的必然趨勢。

鉀元素儲量豐富，成本低廉，且具有較低的氧化還原電位（－2.92V），鉀離子電池體系因此受到越來越多的關注。随着可穿戴電子設備的發展，柔性電池作為柔性電子設備的關鍵部件，也引起了極大的研究興趣。目前，鉀離子電池的研究還處于初期階段，而柔性鉀離子電池的研究仍未見報道。柔性鉀離子電池的研究難點在于：（一）缺乏有效的正極活性材料。因鉀離子半徑較大（0.138 nm），反複的嵌入脫出會降低正極活性材料的穩定性，從而導緻低容量、低倍率性、及低循環穩定性。（二）缺乏有效的電極制備方法。傳統電極采用漿料塗覆的方式，将活性物質負載在金屬集流體表面。由于兩者之間的黏附力小，電極在彎曲和折疊的過程中塗層容易開裂甚至剝落，難以滿足柔性儲能器件在機械性能方面的要求。（三）難以獲得高的能量密度給與功率密度。柔性器件為了實現柔性，需添加一些粘結、封裝、支撐用的柔性輔助材料。這些材料一般不導電，且沒有電化學活性，導緻電極的導電性下降和質量上升，最終降低電池的能量密度與功率密度。

針對以上三大難題，鄢俊敏教授團隊對柔性鉀離子電池進行了探索性的研究。為構建高速穩定的鉀離子擴散通道，需設計具有良好結晶性的活性物質以減少離子在其中的擴散内阻，從而提升電極性能。同時，為制備穩定的柔性電極，選擇與活性物質具有較強粘附性且輕質的基底作為輔助材料。鑒于以上考慮，鄢俊敏教授團隊首次采用簡易的光打印方法，使正極活性物質——普魯士藍在光照條件下原位在粗糙的宣紙纖維表面生長出納米單晶。該單晶比低結晶度的普魯士藍具有更多規則的孔道結構，從而降低了鉀離子在其中的嵌入脫出内阻，提高電極的容量；由于納米單晶較小的尺寸（100 nm）,鉀離子在其中的擴散距離短，從而提高了其倍率性能；其次，該納米單晶結構穩定性高，因此保障了電極的循環穩定性。另一方面，由于普魯士藍單晶與宣紙基底之間的黏附性高，在彎曲/折疊的過程中仍能夠保持電極的完整性。同時，該電極具有自支撐的特性，無需添加粘結劑，實現了電極的導電性與輕量化。基于該柔性電極，鄢俊敏教授團隊首次成功構建了柔性鉀離子電池，實現了高達232 Wh kg-1的能量密度，且在彎曲、折疊的過程中，電池仍能夠保持穩定的電化學性能（Joule, 2018, 2, 736-746）。這種廉價、簡易的光打印技術，為制備高性能柔性電極提供了全新的思路，有利于促進柔性電子器件的進一步發展。

除上述工作外，鄢俊敏教授團隊結合不同材料的不同使用目的及使用環境，從材料的合理設計、科學制備等方面着手，在新型儲能材料（儲氫、儲電等）方面開展了深入的研究，2017年以來，已在國際著名期刊 《Advanced Materials》上發表相關研究成果7篇。

上述的柔性鉀離子電池正極材料及其它功能材料的設計理念與制備方法為解決新型儲氫及儲電材料的動力學問題提供了有益的啟示，為發展兼具高效、穩定、安全、綠色可持續的新型儲能材料與器件提供了新思路。

以上研究工作得到了國家自然科學基金委優秀青年科學基金和重點項目、國家教育部“雙一流建設”項目、和伟德bv1946官网高層次科技創新團隊建設項目的資助。

High-Energy-Density Flexible Potassium-Ion Battery Based on Patterned Electrodes，Joule, 2018, 2, 736-746.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435118300382