综述：碲基钾离子电池：新兴电极材料的设计策略、挑战与前景

这篇综述系统总结了碲(Te)基材料在钾离子电池(PIBs)中的最新研究进展，重点探讨了元素碲、碲化物、碲化合物及碲掺杂材料的结构特性与储钾机制。文章深入分析了通过形貌调控（纳米/中空结构）、复合结构（碳基/MXene）和缺陷工程（掺杂/空位）等策略提升Te基电极循环稳定性、倍率性能和K+扩散速率的机理，并对当前技术瓶颈和未来发展方向提出前瞻性见解。

　　

碲基钾离子电池：新兴电极材料的设计策略与挑战

引言

随着锂资源短缺问题凸显，钾离子电池(PIBs)因其原料丰富、成本低廉和较高工作电压(-2.93 V vs. SHE)成为储能领域的研究热点。碲(Te)基材料凭借2619 mAh cm^-3的体积容量和2×10² S m^-1的本征电导率，在PIBs电极中展现出独特优势，但其实际应用仍面临体积膨胀(398%)、多碲化物(K_xTe_y)溶解等挑战。

准金属碲及其复合材料

Te的储钾机制涉及多步转化反应：3Te + 2K⁺ + 2e^- ? K₂Te₃ → K₅Te₃。通过构建Te@分级多孔碳纳米纤维(Te@HPCNFs)可将循环寿命延长至4500次，容量保持率79.9%。原子层沉积(ALD)Al₂O₃涂层使Te/BP2000@Al₂O₃在500次循环后仅衰减0.01%。

过渡金属碲化物(TMTs)

钴碲化物(CoTe₂)通过"插层-转化"协同机制储钾，氮掺杂碳包覆的CoTe₂@T-NC在3 A g^-1下保持215.9 mAh g^-1的倍率性能。高熵碲化物Sb_1.4Bi_0.2Sn_0.2Co_0.1Mn_0.1Te₃利用"鸡尾酒效应"将K⁺扩散能垒降低至0.28 eV。

后过渡金属碲化物

铋碲化物(Bi₂Te₃)通过"转化-合金化"双机制实现402 mAh g^-1的可逆容量。锡碲化物(SnTe)/多层石墨烯(SnTe/MGS)异质界面使K⁺迁移势垒从0.67 eV降至0.21 eV，1000次循环后容量保持82.6%。

碲化合物与掺杂材料

ZnTe/CoTe₂@NC异质结构通过内置电场将电荷转移电阻降低至15.2 Ω。Te掺杂的SnS₂/MXene在10 A g^-1下循环5000次仍保持75.5%容量，体积膨胀仅15.4%。

未来展望

开发极性杂原子(N/S/P)掺杂、固态电解质界面(SEI)调控、以及3D打印等规模化制备技术将是推动Te基材料商业化应用的关键。通过"计算-实验"闭环策略揭示K_xTe_y溶解抑制机制，有望实现能量密度>300 Wh kg^-1的高性能PIBs。