老哥俱乐部

克日
，老哥俱乐部机电学院张开国教授团队在国际顶级期刊《Advanced Materials》（影响因子29.400）揭晓题为《The Enormous Potential of Sodium/Potassium-Ion Batteries as The Mainstream Energy Storage Technology for Large-Scale Commercial Applications》的综述（DOI: 10.1002/adma.202405989）
，文章综述了钠/钾离子电池和锂离子电池在本钱效益上的差别。本单位通讯作者为张开国教授、于琪瑶副教授
，第一作者为老哥俱乐部机电学院2022级博士生高艳君。

评估新兴手艺的一个主要标准是其经济可行性
，以能量为基准的整天职析被视为确定这些手艺可一连性的有用工具。锂资源的稀缺和大幅增添的需求将显著提高锂离子电池（LIBs）的价钱
，外加其低清静性
，最终限制了LIBs的商业可行性
，使其难以肩负大规模的工业应用；另外
，现在LIBs的能量密度正靠近其饱和极限。相比之下
，钠/钾金属本钱低
，其电池系统可使用廉价的集流体。钠离子电池（SIBs）体现了更好的热稳固性和低温性能、更宽的温度顺应规模。钾离子电池（PIBs）在热失控时爆发的热量要比LIBs少得多
，具有更高的清静性。SIBs和PIBs的低本钱优势为其在大规模储能应用中开发了蹊径。本综述引入了本钱效益（$ kWh^-1·cycle^-1）这一主要参数
，通过总结近年来的研究希望
，基于正极质料的分类
，评估并比照了种种钠离子、钾离子和锂离子全电池系统的本钱效益
，从该角度出发
，给出了SIBs/PIBs在某些特定场景中取代商业化LIBs所需抵达的能量密度；并进一步比照剖析了SIBs和PIBs的电化学行为
，其差别批注SIBs是现在大规模储能应用的主要选择；令人鼓舞的是
，更高的电池电压、可实现的K⁺嵌入石墨负极的历程
，特殊是在高电流密度下高效的充放电历程
，优异的循环稳固性
，付与PIBs极大的可能性
，在未来应用于大规模储能中。

要点一：钠离子/钾离子全电池和锂离子全电池的本钱抗衡

对种种电池系统的整天职析有助于确定其在大规模牢靠式储能应用中的适用价值。本综述给出了在差别电极价钱品级和电池寿命水平下对SIBs/PIBs能量密度的详细要求
，用于替换LIBs在大规模储能领域中应用
，其中价钱品级是基于近几年的研究现状
，盘算和总结差别全电池的投入本钱后确定的。在电化学性能与本钱（$ kWh^-1 cycle^-1）相关联的曲线图中
，凭证SIBs/PIBs的现实本钱
，在给定的LIB标准下
，确定了需要知足的能量密度
，确保SIBs/PIBs系统在大规模储能应用中的经济优势。

要点二：钠离子全电池和钾离子全电池的本钱比照

从手艺经济的角度
，本综述深入相识了SIBs和PIBs的商业可行性
，它们可被视作LIBs的潜在替换品应用于大规模牢靠式储能领域。凭证SIBs和PIBs每千瓦时（kWh）每圈（cycle）的本钱消耗比照
，SIBs仍然处于领先职位
，这主要是由于其能量密度显着高于PIBs
，而PIBs的研究仍处于实验室阶段。到现在为止
，经设计的无负极钠离子电池的能量密度可以凌驾200 Wh kg^-1
，甚至高于商用磷酸铁锂||石墨全电池；同时思量到钠离子电池的原质料价钱低
，相比钾离子电池更具有本钱优势（$ kWh^-1 cycle^-1）
，使其成为大规模储能应用的首选。

要点三：钾离子电池相比钠离子电池的优势

虽然PIBs仍处于实验室阶段。但令人鼓舞的是
，更负的电化学电压K⁺/K（-2.93 V vs. SHE）和可实现的K⁺嵌入石墨负极的历程付与了PIBs更高的全电池电压和高能量密度的可能性；更小的斯托克斯（Stokes）半径和更小的消融能包管了快速的K⁺运输能力；别的
，由于K⁺与溶剂的弱相互作用和易于自愈的枝晶外貌
，抑制了[阳离子-溶剂]⁺的共插层效应
，增进了宿主结构的稳固
，从而实现了优异的循环性能。种种高效的改性战略有利于加速电化学反应动力学
，稳固结构
，提高容量
，其能量密度一直靠近SIBs
，且循环性能显着增强
，这些性能的改善被以为是提高着适用性的主要突破点。更高效的充放电历程（特殊是在高电流密度下）
，以及在大都情形下更高的电化学电压
，使PIBs具有重大的潜力成为大规模商业应用中的主流储能手艺。

文章链接：The Enormous Potential of Sodium/Potassium-Ion Batteries as The Mainstream Energy Storage Technology for Large-Scale Commercial Applications

https://doi.org/10.1002/adma.202405989

附作者简介：

张开国
，老哥俱乐部机电学院教授、博士生导师。主要研究偏向为能源质料与含能器件。主持完成国家重大专项课题、国家自然科学基金等项目20余项
，揭晓论文300余篇
，出书专著1部、译著3部
，授权发明专利65项
，获省部级科技二等奖、三等奖各2项；癖本┦薪萄
，国家教学效果二等奖
，北京市教学效果特等奖、一等奖、二等奖各1项。中国兵工学会火工烟火专委会副主任委员、火炸药专委会委员
，中国化学会热剖析专委会、高压化学专委会委员。担当Central European Journal of Energetic Materials、Defence Technology、含能质料、火炸药学报等期刊编委。

于琪瑶
，老哥俱乐部机电学院副教授
，博士生导师。近年来围绕电源电极质料的可控制备、电子/离子界面和活性子料体相传质纪律、离子嵌入脱嵌历程电化学反应机理、柔性电极制造的质料、结构、能量一体化泛在集能科学手艺等领域举行了深入研究
，取得了若干原创性效果
，迄今已在国际著名学术期刊揭晓SCI论文55篇
，6篇ESI高被引论文
，其中以第一/通讯作者揭晓学术论文33篇（一区论文27篇
，其中21篇影响因子＞10）。