全固態鉀電池,是電極、電解質均為固態的以鉀離子為電荷載體的二次電池。
當前全球范圍內的二次電池通常是鋰離子電池,具有能量密度高、循環壽命長的優點。2024年,全球鋰離子電池出貨量超過1540GWh,其中中國出貨量超過1200GWh。鋰離子電池中,金屬鋰不可或缺,但全球鋰資源儲量有限,在電動汽車與消費電子產業快速發展背景下,金屬鋰供應日益緊張,因此新型二次電池開發受到關注。
與鋰資源相比,全球鉀資源儲量較為豐富,成本相對較低,且鉀離子電池理論能量密度高,成為重點開發方向之一。2024年8月,美國Group1公司推出全球首款18650圓柱形鉀離子電池,能量密度達到160-180Wh/kg。鉀離子電池可以像鋰離子電池一樣采用液態電解液,由于鉀的化學活性更高,其安全性問題更為嚴重,存在泄露、燃燒、爆炸風險,因此采用固態電解質的全固態鉀電池開發受到重視。
當前,鉀離子電池組成部分中,正極材料與負極材料研究較多,固態電解質研究相對較少,在研究的固態電解質主要包括PPC基聚合物電解質、PEO基聚合物電解質、K3SbSe4固態電解質等。根據新思界產業研究中心發布的
《2025-2030年中國全固態鉀電池行業市場深度調研及發展前景預測報告》顯示,全固態鉀電池采用固態電解質,不僅可以解決泄露、燃爆問題,提升安全性,還能夠提高電池能量密度與循環壽命。
除以上固態電解質以外,2024年8月,我國工信部關于發布國家重點研發計劃“高性能制造技術與重大裝備”等16個重點專項2024年度項目申報指南的通知中,提到MOFs基智能固體電解質材料及全固態薄膜鉀電池。可以為離子快速傳輸提供通道的MOFs基固態電解質也可用于全固態鉀電池制造中。
從全固態鉀電池研究成果來看,我國湖南大學團隊生成了無縫的固態聚合物電解質與電極間的離子滲透界面,基于此研制的全固態鉀離子聚合物電池在4.5V工作電壓下庫侖效率保持2000次以上,在4.6V工作電壓下穩定循環超過500次。
在海外,美國俄亥俄州立大學、日本京都大學等機構均有全固態鉀電池研究成果問世。新思界
行業分析人士表示,全固態鉀電池的原材料易得性與成本優于鋰離子電池,能量密度高于鈉離子電池,憑借這些優點,在二次電池技術發展中擁有良好發展潛力。但需要注意的是,我國鉀資源儲量相對較少,對全固態鉀電池研制與應用造成不利影響。