德克萨斯大学奥斯汀分校Pengcheng Liu和David Mitlin（共同通讯）团队首次提出了使用铝基取代铜基集流体实现长循环、高倍率、无枝晶的钾金属负极。通过改善电解质润湿性，Al@Al‖K半电池在0.5 mA cm-2的条件下，可稳定循环1000(1950 h)，循环库仑效率为98.9％。该工作以”Stable Potassium Metal Anodes with an All-Aluminum Current Collector through Improved Electrolyte Wetting”为题发表在Advanced Materials期刊上。
图1. Al@Al集流体的SEM、XRD和XPS表征结果。 (a, b) SEM图； (c)SEM截面图；(d) SEM-EDXS映射；(e)Al@Al和Al的XRD图；(f, g) Al 2p和O 1s的XPS光谱。Al@Al电极材料的SEM图表明烧结粉末的存在导致电极整体粗糙度增加。图1d SEM-EDXS中2.36 wt％的O来自铝和铝表面的纳米级Al2O3。X射线光电子能谱(XPS)显示，Al 2p和O 1s光谱检测到Al2O3，与EDXS结果一致，Al@Al样品中金属态的Al的原子分数为17.9％，剩余的82.1％为氧化物，铝样品中分别对应18.4％和81.6％。这表明两种材料的表面氧化物厚度相当约5 nm的范围(假设XPS穿透深度为≈6 nm)。作者通过上述表征表明Al@Al和Al具有类似的表面氧化物含量，且厚度相当，但表面粗糙度不同。
图2. Al@Al(顶部两行)和Al(底部两行)电解质润湿行为的照片。作者紧接着研究了电解质润湿行为对集流体的影响。图2给出了一系列延时照片，展示了了DME电解质中4 M KFSI的润湿行为。电解质液滴落在Al@Al表面上后很快发生润湿：液滴迅速润湿Al@Al，接触5秒钟后覆盖大部分表面，20秒钟后覆盖整个表面，实测接触角度θCA为0°，表示获得了完美的润湿。图2的底行显示了电解液在Al上的润湿结果：电解质液滴几乎不会润湿表面，接触角θCA为52°，这意味着电解液润湿在标准的Al箔集流体上效果很差，20秒后铝箔也没有被电解液润湿，且随后的过程也不会被润湿。Al@Al和Al表面化学性质十分相似，所以作者认为是Al@Al粗糙度的增加直接导致了良好的电解质润湿行为。这是因为相对于投影的几何接触面积即固体-液体界面的表面面积增加。
图3.每个循环周期的电流密度和容量的电化学性能比较。(a-c) Al@Al‖K和Al‖K电池的循环曲线；K-Al@Al‖K和K-Al‖K电池的(d-i)循环曲线和(j-l)倍率性能。图3a-c比较了无钾电解质的半电池循环性能，Al@Al‖K半电池可稳定循环1000个周期（1950 h）。在0.5 mA cm-2的电流密度下，K-Al@Al‖K最多可进行220个循环(440h)，当电流密度高达3 mA cm-2时，仍表现出稳定的130周期的循环（2600分钟）。相比之下，Al在两种配置中都不稳定，在第116个周期(221小时)后观察到容量衰减。短路时，过电位急剧增加，这是由于SEI层变厚而导致阻抗急剧上升造成的。此外，在0.5和3 mA cm-2的电流密度下，第一个循环就观察到电压下降，这意味着电池可能发生短路。
Stable Potassium Metal Anodes with an All-Aluminum Current Collector through Improved Electrolyte Wetting (Adv. Mater. 2020, DOI:10.1002/adma.202002908)文献链接：https://doi.org/10.1002/adma.202002908清新电源投稿通道（Scan）
