能源短缺现状迫使并敦促人类社会大力发展可再生清洁能源。清洁能源不仅可以循环再生,还可以避免大量燃烧化石燃料引起的全球变暖和空气污染问题。为了将清洁能源产生的能量无缝集成到更智能、更强大的电网中,就要考虑能源储存以及转换问题。锂离子电池是目前商业化应用最为广泛的能源储存体系之一,具有循环寿命长、可反复充放电以及能量密度高等优点。随着便携式电子设备和电动车的需求量大幅上涨,人们对锂离子电池的依赖性不断增加,然而锂元素在地壳中的储量相对有限并且分布不均匀,从而造成该储能体系造价升高,因此需要迫切找到能够替代锂离子电池的新型储能体系。二次钾电池具有资源丰富、成本低且潜力巨大等优势,有希望成为当前二次锂电池技术的替代品。但是,像钠离子和锂离子电池一样,由于使用高度易燃的有机液态电解液,安全性问题将会是阻碍钾离子电池进一步发展的关键因素。此外,安全问题在钾电池体系中可能更为严重,这归因于钾的化学活性高于锂和钠的化学活性。目前关于钾电池的研究都集中于开发正负极材料,而对固态电解质在钾电池中应用以及安全性问题的研究比较少。本文旨在将聚合物固态电解质应用于钾离子电池体系中,从而提高钾离子电池体系的安全性。首先,我们介绍了固态电解质的特点合和种类,以及聚合物基固态电解质在不同储能体系中的发展历程;然后研究了 PPC基和PEO基聚合物电解质在不同钾离子电池体系中的适用性,具体内容如下:(1)研究了基于PPC基聚合物固态电解质和有机正极的全固态钾电池。PPC聚合物电解质具有绿色环保和室温离子电导率高等优点,而有机正极材料为开发高容量储能体系提供了新途径,并且已经在锂离子电池中进行了深入研究。但是有机正极小分子化合物在液态电解液中存在很严重的溶解问题,导致了安全隐患和循环性差等问题。针对上述问题,我们制备了一种以纤维素无纺布作为骨架和PPC作为离子迁移基体的聚合物电解质,以3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PTCDA)为正极组装的全固态钾电池在室温条件下表现出更好的循环性能和安全性,优于由该正极材料组装的液态电池。(2)研究了基于PEO基聚合物固态电解质和硫化物电极的全固态钾电池。首先,我们采用水热法成功制备长在泡沫镍基体上的纳米三硫化二镍(Ni2S3)阵列,并研究了水热时间对纳米结构形貌和物相的影响。经过综合考虑,选定水热时间为三小时的产物作为钾电池的电极材料。然后,将混合均匀的PEO和双氟磺酸亚胺钾(KFSI)在70℃条件下真空加热12小时,随之采用热压法成功制备出PEO基聚合物电解质,这种方法没有用到任何的有机溶剂。最后,我们组装基于PEO基聚合物固态电解质和Ni2S3电极的全固态钾电池,发现基于PEO基电解质的全固态钾电池不仅可以有效地解决安全性问题,还能解决由于多硫化物在液态电解液中的高溶解度而导致的容量衰减问题。Ni2S3电极在电流密度为25 mA/g时的初始放电比容量为312 mAh/g,并且在55℃时具有良好的循环性能和高库仑效率。