新型金属有机化合物钾离子固态电解质中国科学报

近日，中国科学院大连化学物理研究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厦门大学吴安安副教授合作，开发出一类碱金属羟基吡啶盐新材料。其中，以间位羟基吡啶钾盐为代表的金属有机化合物表现出较高的钾离子传导速率，可作为钾离子固态电解质。

陈萍团队长期致力于金属有机化合物储氢材料的研究，开发了苯酚盐、咔唑盐、吲哚盐、羟基吡啶盐等系列新材料（Angew. Chem. Int. Ed.，2019；Energy Storage Mater.，2020；ACS Mater. Lett.，2021；Angew. Chem. Int. Ed.，2025；J. Energy Chem.，2025）。随着研究的深入，团队发现部分金属有机化合物阴离子呈二维层状或三维骨架结构，有助于形成阳离子传输通道，但由于阴阳离子相互作用较强或缺少阳离子空位导致离子传输不能实现，因此提出“中性分子辅助阳离子传导”的策略，在固态离子传导领域已取得系列进展（Angew. Chem. Int. Ed.，2023；Adv. Funct. Mater.，2024），实现了较好的碱金属离子传导能力和界面稳定性。

在本工作中，团队从分子设计角度出发，通过向苯酚环中引入氮原子，构建了钾离子非饱和配位环境，并调控其取代位置（邻位、间位、对位），合成了三种羟基吡啶钾异构体。其中，含有1%钾空位的间位羟基吡啶钾在无需中性分子辅助的条件下，在90°C时离子电导率达0.22 mS cm?1，离子迁移数达0.99。计算结果表明，高效离子传导是通过层状柔性结构中空位传输机制实现的。此外，该材料兼具良好的热稳定性、空气稳定性、不易燃及低杨氏模量等特性，易于冷压成型，展现出良好的机械加工性和规模化制备潜力。团队还组装了以间位羟基吡啶钾为电解质的全固态钾金属电池。

该成果为开发低成本、高安全、可持续的钾金属电池开辟了新路径。

相关研究成果以“Molecular Design of Crystalline Potassium Pyridonate Electrolytes for All-Solid-State Potassium Metal Batteries”为题，发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该工作的共同第一作者是DNL1901组群博士后陈凯侦（Tan Khai Chen）和厦门大学博士研究生黄兆基。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。