米乐m6官方网站[理事长：中钵良二]（以下简称“AIST”）电池技术研究部[研究部主任：谷本和美]下一代蓄电池研究小组嘉纳正宏，研究组组长，马塞斯·提图斯，研究员等南京邮电大学黄振东立命馆大学生命科学学院应用化学系副教授、折笠由纪副教授及其研究小组和下一代蓄电池是钾离子电池
钾离子电池的优点是使用钾，钾资源丰富且成本低廉。锂离子电池之后的下一代蓄电池技术进行研究和开发。到目前为止，钾离子电池正极材料工作潜力是普鲁士蓝4V (对比K+/K)，但具有优异热稳定性和更高可靠性的氧化物材料的电压仅在3V左右，并且需要一种表现出高工作电位的新型氧化物材料。这次，我们通过晶体结构分析和理论计算选择了候选化合物，并开发了一组复合氧化物，其工作电位约为4 V，类似于锂离子电池正极材料中使用的层状氧化物材料。晶体中含有发达的氧化物基蜂窝状层状结构，该层充当钾离子高速二维扩散的路径。尽管钾离子电池仍处于基础研究阶段，投入实际使用还需要一段时间，但新开发的材料有望带来重大进展。
该技术的详细信息请参考自然通讯
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| 合成材料示例（左）和钾离子电池原理图（右） |
蓄电池的用途不断扩大，需要满足各种需求。例如，对于便携式电子设备来说，需要小型、轻量且耐用的设备。电动车是啊固定式的蓄电池要求尺寸大且寿命长。特别是对于大型蓄电池来说，能量密度是啊工作电压全面普及需要一种与传统锂离子电池相当、解决资源量和价格问题的蓄电池。
现有锂离子电池使用的锂资源分布不均，稳定供应存在挑战，因此以其他碱性离子为载体的蓄电池因其资源优势和成本低廉而受到关注。特别地，钾离子电池具有可以使用现有生产设备的优点，因为石墨可以像锂离子电池一样用作负极材料。此外，石墨的工作电位为 0 V (对比K+/K)，钾离子电池有望成为可直接利用正极工作电位的高工作电压蓄电池。
AIST 正在开发钾离子电池金属负极的电池。迄今为止，他尝试以天然矿物和锂离子电池正极材料为参考合成新型含钾复合氧化物，已发现120多种化合物。另一方面，南京邮电大学，我们对新化合物进行了精确的结构分析，在立命馆大学，我们进行了利用同步加速器辐射设备阐明锂离子电池正极材料的充电和放电机理的研究和开发。
这次，三个机构共同开发了一种新型正极材料，这是钾离子电池中的一个问题。
迄今为止发现的含钾复合氧化物的晶体结构是通过精确的晶体结构分析确定的，并根据该结构确定了钾离子扩散屏障的能量被计算出来了。此外，通过理论计算估算了一组低扩散势垒化合物的工作电位，并选择了有希望作为正极材料的氧化物。我们实际测量了这些候选氧化物的工作电位，发现它们具有层状结构和 K2M2二氧化碲6(K2/3M2/3特1/3O2，K是钾，Te是碲，O是氧，M，成为二价阳离子的金属元素）。请注意，驱动电位的实际测量值与计算结果显示出良好的相关性。发现的这组化合物是比容量是130到140mAh g的理论值–1，平均工作电位为 36-43 V (对比K+/K)，基于正极材料的能量密度为470-600 W h kg–1，大大超过现有的氧化物材料。目前实用锂离子电池正极材料的能量密度为600 W·h·kg–1，因此预计会有相同的性能。金属元素M中使用镍(Ni)2/3镍2/3特1/3O2，理论比容量为130 mA h g–1的实际值为 70 mA h g–1仍有改进空间，但平均工作电压为 36 V (vsK+/K) 是可能的。此外，通过用钴（Co）和镁（Mg）等其他金属元素替换部分Ni，我们可以将电压提高43 V（vsK+/K)（图1）。这一开发是通过理论计算提前选择候选化合物的成功范例，可以说是新材料开发的一条前进之路。
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| 图 1K2/3M2/3特1/3O2工作电位实测值 |
K如图1所示2/3M2/3特1/3O2高于传统的层状氧化物正极材料。原因是晶体结构中的TeO6的作用。图2是K2/3M2/3特1/3O2的晶体结构模型中，以橙色球体为代表的钾形成蜂窝状层状结构。该层是钾离子（K+) 成为快速二维扩散路径，因此 K2/3M2/3特1/3O2有望成为高功率正极材料。此外，金属元素M有多种成分的材料可供选择。
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| 图2K新开发的分层结构2/3M2/3特1/3O2 |
还有，近年来电解质溶液（电解质）固体电解质高度安全全固态电池正在引起人们的注意。上述正极开发中我们重点关注的K2/3M2/3特1/3O2型复合氧化物具有较高的钾离子电导率，我们还发现了其用作固体电解质的可能性。例如金属元素MK选择镁(Mg)作为14848_14869|K2/3镁2/3特1/3O2的离子电导率300 °C 时为 38 mS cm–1如果能够开发出一种工作温度接近室温的材料，全固态钾离子电池就有可能成为现实。
为了构建钾离子电池，我们将利用这一结果来提高正极材料的性能，并促进适合其的负极、电解质和固体电解质的开发。