A Model of the Potassium-Oxygen Battery and its Application in Cathode Design

过电位 阴极 微型多孔材料 电池(电) 多孔性 材料科学 化学工程 储能 氧气 化学 电极 复合材料 电化学 热力学 有机化学 物理化学 功率(物理) 工程类 物理
作者
Jannis Nicolas Küpper,Xianglin Li,Ulrich Simon
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [The Electrochemical Society]
卷期号:169 (6): 060539-060539
标识
DOI:10.1149/1945-7111/ac797d
摘要

The potassium-oxygen battery (KOB) is a new type of metal-oxygen battery with high rechargeability and long cycle life. Currently, the energy density is rather limited and must be improved for KOB to become a viable energy storage technology for practical applications. In this study, a two-dimensional, multiphase KOB model is developed to design an optimized cathode structure. The model is validated and is used to study the influence of cathode porosity, surface area, and thickness on the discharge behavior. Higher cathode porosity and surface area are found to increase the discharge capacity and lower the discharge overpotential. However, using a microporous cathode may not be ideal for KOB. The electronic transport properties of the discharge product KO 2 are assessed, suggesting an effectively higher conductivity of KO 2 than previously predicted. In consequence, the formation of large KO 2 deposits with several μ m thickness may effectively inhibit oxygen transport in microporous materials. Thus, a hierarchical cathode porosity together with an optimized current collector design may be the key to significantly higher discharge performance.

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