随着全球能源需求的日益增长，高效、环保的能源存储技术成为科研人员关注的热点。在众多电池技术中，钾金属电池（PMBs）因其理论比容量高、成本低、资源丰富等优势，被视为新一代大规模储能设备的理想选择。然而，钾金属电池的实际应用面临着诸多挑战，尤其是钾金属负极的不稳定性、高反应活性以及难以控制的枝晶生长问题，这些问题严重阻碍了钾金属电池的商业化进程。钾金属具有较低的熔点（63.5 °C）和高反应活性，这使得其在充放电过程中容易产生枝晶，这些枝晶不仅会降低电池的库仑效率，还可能穿透电池隔膜，引发电池短路，造成安全隐患。此外，钾金属在电镀过程中的巨大体积膨胀效应会破坏钝化层，使得新的钾金属暴露于电解液中，引发持续的Kaiyun体育官方网站 开云登录网站副反应，进一步加剧了枝晶的形成。因此，如何有效抑制钾金属负极的枝晶生长，提高其循环稳定性，成为了钾金属电池研究的关键。为了解决上述问题，科研人员进行了大量的探索。一方面，通过调控钾沉积过程中的电荷分布，实现均匀沉积，抑制枝晶的成核过程；另一方面，通过设计高强度的表面保护层来阻止枝晶的生长。这些研究虽然取得了一定的进展，但如何从根本上抑制钾金属负极的枝晶生长，实现稳定、高效的钾金属电池，仍然是一个亟待解决的科学问题。

　　在这项研究中，湖南大学刘继磊教授团队研究人员提出了一种超薄钾-碳纳米管（K@CNT）复合负极材料，通过合理的熔融建模方法制备，利用碳纳米管的超钾亲和性构建了相互连接的框架结构，钾原子被锚定在碳纳米管上，有效抑制了高温下的原子蠕变和流动性。这种K@CNT复合负极展现出了良好的柔韧性、可加工性（约30微米）和热稳定性（高达300°C）。特别是在10 mA cm−2的电流密度下，K@CNT复合负极在充放电过程中表现出了沿碳纳米管框架平面结构的共形剥离和电镀行为，没有枝晶的形kaiyun体育全站 Kaiyun登录网页成。此外，K@CNT//普鲁士白（Prussian white）全电池展示了高倍率性能（3000 mA g−1时为60.9 mAh g−1）、高能量密度（187.3 Wh kg−1）和高温稳定性，为设计高性能的钾金属负极和推动钾金属电池的商业化提供了新的思路。

　　图1 K@CNT电极的制备和特性。通过将CNT粉末与熔融的钾金属接触，钾金属迅速自发地注入CNT中，形成金黄色的K@CNT复合材料。X射线计算机断层扫描图像显示，K@CNT负极由钾和钾-石墨插层化合物（K-GIC）组成，且在负极中均匀分布。

　　图2 K@CNT电极的电化学特性。K@CNT//K@CNT和K//K对称电池在不同电流密度下的倍率性能测试表明，K@CNT电极在高达10 mA cm−2的电流密度下表现出了优异的稳定性和可逆性。

　　图3 K@CNT电极在剥离过程中的形态和组成变化。通过原位光学显微镜观察，K@CNT电极在钾剥离/电镀过程中表现出了共形、均匀、致密的钾沉积，有效抑制了枝晶的生长。

　　图4 K@CNT//PW全电池的电化学性能。在不同的电流密度下，K@CNT//PW全电池展现出了优异的倍率性能和高能量密度，证明了K@CNT负极的卓越适用性。

　　这项研究成功开发了一种新型的K@CNT复合负极材料，通过利用碳纳米管的超钾亲和性和毛细作用力，实现了钾金属的均匀沉积和稳定循环。K@CNT复合负极在高温下展现出了优异的热稳定性和机械性能，有效抑制了枝晶的生长，显著提高了钾金属电池的安全性和循环稳定性。此外，K@CNT//PW全电池的高倍率性能和高能量密度表明，这种新型负极材kaiyun体育全站 Kaiyun登录网页料在实际应用中具有巨大的潜力。这项研究不仅为钾金属电池的研究提供了新的视角，也为未来高性能、高安全性的能源存储技术的发展奠定了坚实的基础。随着进一步的优化和规模化生产，K@CNT复合负极有望推动钾金属电池技术的商业化进程，为全球能源存储领域带来革命性的变革。