近日，物理学系麦文杰教授团队博士生李志斌、本科生黄祖航以共同第一作者在《Applied Physics Letters》（物理学TOP期刊）发表以“Epoxy-driven carbon host engineering enables ultrafast wetting and dendrite-free K metal anode”为题的研究成果。物理学系麦文杰教授、黎晋良副研究员与北京理工大学殷英博士为论文通讯作者。

图1.文章标题页截图

钾金属负极面临着失控的枝晶生长和界面不稳定的问题，严重限制了其实际应用。为了解决这个问题，我们设计了一种表面具有环氧基团的碳纸主体(OCP)来调节钾金属沉积。值得注意的是，这种设计能够实现对熔融钾金属的超快润湿（<0.1秒）和无枝晶沉积。通过原位显微镜等手段证实了OCP上均匀的钾沉积，与在纯钾片上观察到的严重枝晶形成形成鲜明对比。最终OCP基底对称电池实现了出色的稳定性，在2 mA cm^-2/0.5 mAh cm^-2下运行超过2000小时，并在高达5 mA cm^-2电流密度下维持了对枝晶的抑制。基于理论与实验研究结果，发现OCP中的环氧基团通过增强电子屏蔽和促进去溶剂化机制，促进富含无机物的固体电解质界面的形成。因此，OCP基底在1 mA cm^-2/1 mAh cm^-2下经过800次循环后，平均库仑效率(CE)达到99.6%。与普鲁士蓝类似物（PBA）正极匹配时，全电池在500 mAg^-1下循环600次后几乎没有容量下降。该工作的创新有望为抑制枝晶生长和延长钾金属电池循环寿命提供了一种有效的解决方案。

图2.电化学性能表现

该工作得到了广西科技计划(2024AB08156)、国家自然科学基金(52172202,52406067)、深圳市科技计划(JCYJ20230807153607017)、广东省基础与应用基础研究基金(2025A1515010387, 2023A1515110139）和暨南大学博士生优秀创新人才培养资助项目（2024CXB031）的支持。

图文：黎晋良