近日，我所氢能与先进材料研究部氢化物能源化学研究中心（DNL1901组群）陈萍研究员、何腾研究员、于洋副研究员团队与美国国家标准与技术研究院（NIST）吴慧博士合作，将团队前期开发的金属有机化合物材料（Metal Organic Compounds, MOCs）应用于固态钾离子导体（Potassium Solid-State Electrolytes, KSSEs）上，开发出一种全新的有机固态钾离子导体，该导体具有优异的离子传导性能和界面稳定性。
开发固态电解质是电池领域解决液态电解质安全问题的有效手段之一。目前，固态电解质的研究仍面临诸多问题，例如离子电导率低、界面兼容性差、批量合成工艺复杂等。陈萍团队前期开发了一类金属有机化合物材料，并将其应用于锂、钠离子固态电解质上（ACS Appl. Mater. Interfaces，2022；Angew. Chem. Int. Ed.，2023），均表现出优异的离子传导能力和界面稳定性。
本工作中，团队将金属有机化合物材料拓展应用至固态钾离子导体上，合成出一种咔唑钾新相（β-KCZ）及其四氢呋喃络合物（KxCZ-yTHF）。研究发现，基于空位传输及中性分子辅助阳离子迁移的协同机制，K0.9CZ-0.7THF表现出快速的钾离子传导能力，在100 ℃下电导率达到了4.20×10-4S/cm。在使用K2S作为电极的对称电池测试中，电解质在超过400小时的电化学循环测试中保持稳定，表现出较好的界面稳定性和兼容性，此外，材料易于合成、成型工艺简单。该工作为固态钾离子导体以及全固态钾离子电池的开发和设计提供了新的选择和思路。
相关研究成果以“Synthesis, Structure and Ion Conduction of Potassium Carbazolides for Potassium Ion Solid-State Electrolytes”为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。该工作的第一作者是DNL1901组博士研究生郭家铨。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。（文/图 郭家铨、于洋）
