進入21世紀以來，能源危機和傳統能源利用所帶來的環境污染兩大不可回避的難題日益凸顯，制約著人類社會的快速發展，發展高效清潔的可再生能源存儲技術已經迫在眉睫。鋰離子電池（LIBs）作為一種高效的電化學儲能技術已成功開發并得到廣泛的應用。然而，由于地殼中Li元素的自然豐度較低（0.0017wt.%），在一定程度上影響了儲鋰電池的商用價格。

在過去的幾十年里，人們開始致力于地球上豐富而廉價的原料，用以逐步替代傳統的LIBs。近年來，鈉離子電池（SIBs）和鉀離子電池（PIBs）因Na源和K源在地殼中豐度高（Na和K分別為2.36wt.%和2.09wt.%），因而受到廣泛的關注。尤其對于PIBs，K/K+的氧化還原電位（-2.93V）低于Na/Na+（-2.71V），從而保證了儲鉀電池更高的工作電壓和能量密度，有望成為新一代高能量密度和低成本電化學能儲能系統。然而，由于PIBs具有較大的K+半徑、較慢的反應動力學等特性，其應用仍然面臨著極大的挑戰。

目前，關于高性能PIBs負極材料的報道主要集中在碳基材料上，而這些基于脫嵌反應機理的碳基負極的比容量普遍低于300mAh/g，很難滿足實際需求。對于合金類負極材料，由于其合金/去合金化反應機理，相比脫嵌式負極具有更高的理論比容量。值得注意的是，這種快速的合金/去合金過程容易導致電極材料較大的體積膨脹，使電極材料與集流體明顯脫離，電池容量快速衰減。因此，如何通過合理的設計改進上述合金類負極的缺點是目前亟待解決的問題。

近日，馬里蘭大學的王春生教授和MichaelR.Zachariah教授團隊合作，通過靜電紡絲技術結合氫氣下熱還原方法，成功研制了一種碳球導電網絡（CSN）包覆Sb納米顆粒的SbCSN復合負極材料。這種獨特的微納結構可以有效地緩解充放電過程中的體積膨脹，并為合金/去合金循環過程中快速電子傳輸提供了高導電性的通道。更加重要的是，研究人員將這種SbCSN負極材料首次應用于一種穩定的高濃鹽儲鉀電解液（4MKTFSI/EC+DEC）體系，實驗發現SbCSN負極表現出優異的儲鉀性能；在200mA/g的電流密度下，電池即使經過220個循環依然可以維持504mAh/g的高可逆容量。

XPS刻蝕檢測發現這歸功于在4M高濃鹽電解液中更易形成致密的KF無機相SEI，從而有效抑制Sb在合金/去合金過程中的體積膨脹，也在一定程度上抑制鉀金屬與電解液間的副反應。第一原理計算和電化學表征證實了合金/去合金過程中形成的KSb2、KSb、K5Sb4和K3Sb的可逆順序相變，揭示了電化學反應機理。

該研究成果極大地促進基于合金類負極電化學儲鉀機理的深入了解，為下一代高性能鉀離子電池合理開發高效的電解液體系提供了實驗和理論依據。該成果近期發表在國際頂級期刊Energy&EnvironmentalScience上，文章的第一作者是鄭晶博士和楊勇博士。

該論文作者為：JingZheng，YongYang，XiulinFan，GuangbinJi，XiaoJi，HaiyangWang，SingyukHou，MichaelR.Zachariah，ChunshengWang