摘 要
钾离子电池由于钾资源丰富，价格低廉，被认为是锂离子电池大规模储能应用的潜在替代品。然而钾离子的半径比锂离子大，这不仅大大影响了其在电极中的输运，而且会使得电极材料承受较大的结构应力，进而导致电池循环寿命短。于是，研发出具有优异电化学性能的钾离子电池变得至关重要。本文将采用一种简单的水热法制备一种锐钛矿TiO2纳米立方体来作为钾离子电池的负极材料，纳米级的TiO2可增强电子转移，比起商业TiO2具有更高的储钾容量。
关键词：钾离子电池，负极材料，纳米材料，二氧化钛
- 引言
现如今，随着科技与经济的快速发展，可充电锂离子电池越来越受到人们的关注。如今的锂离子电池被认为是储能应用的首选，已经广泛应用于移动电话、相机、笔记本电脑等无线技术以及可充电车辆中。但是由于全球电池市场的快速增长，锂离子电池的需求和应用也随着不断扩大，导致锂的价格持续上涨。而钾元素由于在地球上的丰度高，成本低，使其成为了锂离子电池的潜在替代品。
由于钾元素和锂元素都处在元素周期表的第一主族，所以它们的物理化学性质相似，钾离子电池和锂离子电池的工作原理也类似。和锂离子电池一样，钾离子电池也是摇椅式电池,它是基于充放电过程中钾离子在电极之间的迁移来工作的。相比于Na / Na 而言，K / K 的标准电极电势要更加接近于 Li / Li 的标准电极电势（ Li / Li ，Na / Na ，K / K 的标准电极电势分别为（-3.04V，-2.93V，-2.71V ）［1］，这就致使钾离子电池在容量和输出方面也会更有优势。而且钾和铝不会发生合金化反应，那么价格更加低廉的铝箔就可以用来做负极的集流体，从而大大降低钾离子电池体系的成本。
虽然钾离子电池有如此众多的优势，明显拥有极其光明的发展前景，但它仍然存在一些不足之处。比如钾离子具有比锂和钠更大的离子半径，这就造成它的离子扩散率较差，导致其倍率性能差强人意。此外，钾元素更高的相对分子质量以及钾离子电池在循环过程中的大体积膨胀，都可能会破坏电极的完整性并导致容量和能量密度的大幅度衰减［2］。因此，研制出优异的电化学性能的钾离子电池变得至关重要。
- 钾离子电池负极材料
一般来说，选取良好的负极材料对钾离子电池的电化学性能也起着至关重要的作用。根据钾离子电池的反应机理，将其负极材料分为转换型材料、嵌入型材料和合金型材料。
2.1 转化型材料
在钾离子电池中，转化型材料比石墨的初始容量高，而且具有较高的氧化还原可逆性，被认为是理想的负极材料。
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