柔性钾离子电池的研究进展开题报告

全文总字数：7087字

1. 研究目的与意义（文献综述）

目前，化石燃料的含量已不能满足人们生产和生活的需要。这促使研究人员开发新的可持续能源资源。可充电电池作为一种环保型储能系统，广泛应用于工业生产和生活中，特别是锂离子电池(libs)作为便携式计算机、电动汽车、混合动力汽车等的动力源，它们取得了巨大成功。然而，随着libs的发展和应用，研究者发现目前的libs可能无法满足未来人们的需求。锂在地壳中的含量仅为0.0017wt%。^[1]含量低、分布不均的现状将导致未来锂价格的上涨和整个libs产业链的衰退。为此，研究人员开始考虑开发其他充电电池，如铝离子电池、钠离子电池(sibs)和钾离子电池(kibs)。元素周期表中的钠和钾与锂属于同一类，因此它们引起了研究人员的广泛关注。地壳中钠的含量为2.36wt%，超过锂。然而，na /na的标准氧化还原电压(-2.71v vs she)高于li /li(-3.04v vs she),这意味着sibs的能量密度低于libs。虽然钾离子(原子质量39.10，离子半径1.38)比锂离子(6.94，0.76)和钠离子(22.99，1.02)更重更大，但是随着研究的深入，研究人员发现kibs可以在许多方面与sibs和libs竞争。地壳中钾的含量为2.09 wt%，其丰度大约是锂的900倍，因此kibs的成本低于libs。另一个优点是k /k氧化还原电对的电压相对较低。在碳酸丙烯酯(pc)中，k /k的标准电压低于li /li和na /na的标准电压。即使在碳酸乙烯酯(ec)和碳酸二乙酯(dec)的混合物中，k /k的氧化还原电压也比li /li基准电压低0.15v。这意味着kibs具有相当大的能量密度和高电压。^[2-4]除了这些优点，研究人员还发现钾离子的路易斯酸性比锂离子和钠离子的路易斯酸性弱，这意味着kibs中形成的溶剂化离子比libs和sibs中的小,这将导致溶剂化的钾离子具有更高的导电性。此外，大量关于libs和sibs的研究为kibs的发展提供了参考，避免了一些错误，这是kibs的独特优势。因此，kibs值得进一步研究^[5-6]。

近些年随着电子技术的突飞猛进，从可折叠手机，再到可穿戴器件、电子皮肤等，便携、轻柔化成为电子设备的重要发展方向。传统电化学储能器件已经不能满足新兴需求，柔性电化学储能器件引起了越来越多的关注，为了保持柔性电子器件的功能性和获得优异的性能，设计和开发柔性、轻量化的储能系统是非常必要的。为了实现钾离子电池的柔性，寻找和制备柔性电池材料就变得至关重要。这些电池材料不仅要满足机械柔性，其中某些材料还需要具有良好的导电性能和电化学性能。传统钾离子电池的电极是通过将含有电极活性物质、导电剂与粘结剂的浆料涂覆在金属集流体上制备而成的。因为金属集流体（如铜箔、铝箔）的柔性较差，在电极处于形变状态时，电池活性物质与集流体之间的结合力不强，所以电池活性物质很容易脱离集流体，导致电池性能的恶化。因此对柔性电极的研究是制备柔性钾离子电池的关键。^[7]

制备柔性电极的方法一般分为两种：第一种是采用能够自支撑的，自身也能充当活性物质的材料;第二种是将柔性基底作为支撑物，并与电池活性物质结合而制备复合电极。目前应用最广的能够自支撑的材料为新型碳基材料，如碳纳米管、石墨烯、碳布、碳纤维等，复合电极的柔性基底一般为聚合物，纸，织物等。^[8]

2. 研究的基本内容与方案

3. 研究计划与安排

1. 第1-2周：查阅相关文献资料，了解领域内整体研究现状。确定提纲，完成开题报告。

2. 第3-14周：按调研的文献结果，进行综述论文初稿的撰写。

3. 第15周：整体修改，完成毕业论文。

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   4. 参考文献（12篇以上）

   [1]taylor.s.r. rare-earth element patterns and crustal composition - a citation classic commentary on abundance of chemical-elements in the continental-crust - a new table by taylor,sr [j]. current contents/physical chemical earth sciences, 1989, (11): 16-16.

   [2]hwang j-y, myung s-t and sun y-k. recent progress in rechargeable potassium batteries [j]. advanced functional materials, 2018, 28 (43).

   [3]eftekhari a, jian z and ji x. potassium secondary batteries [j]. acs applied materials interfaces, 2017, 9 (5): 4404-4419.

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