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開發(fā)快速充電、高溫和可持續(xù)的電池對(duì)于在電動(dòng)汽車、電網(wǎng)規(guī)模的電能存儲(chǔ)和高溫地區(qū)大規(guī)模部署儲(chǔ)能設(shè)備至關(guān)重要。

喬治梅森大學(xué) Chao Luo等展示了一種基于豐富和可持續(xù)的有機(jī)電極材料（OEM）和鉀資源的無過渡金屬全有機(jī)可充鉀電池（RPB），以用于快速充電和高溫應(yīng)用。

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圖1. 全有機(jī)電池中的氧化還原反應(yīng)示意圖

具體而言，作者使用四羥基-1,4-苯醌鉀鹽/N摻雜石墨烯（TBPS/NG）作為負(fù)極，聚苯胺/N摻雜石墨烯（PANI/NG）作為正極。在全有機(jī)PRB中，高導(dǎo)電性的NG被用于正極和負(fù)極，以增加導(dǎo)電性，適應(yīng)巨大的體積變化，并在反復(fù)的鉀化/脫鉀化過程中保持有機(jī)電極的結(jié)構(gòu)完整性。

此外，由于二乙二醇二甲醚（DEGDME）的高沸點(diǎn)（162℃）和低揮發(fā)性，以及可形成穩(wěn)定的K₂CO₃和富含KF的SEI，所以采用了高濃度的電解液，即2.8 M KPF₆，以進(jìn)一步提高全有機(jī)RPB的性能。穩(wěn)定的電解液和SEI對(duì)于快速充電和高溫的全有機(jī)RPB的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。此外，高濃度的電解液還減輕了OEM的溶解，進(jìn)一步提高了長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。

圖2. 室溫下RPB中TBPS/NG負(fù)極的電化學(xué)性能

因此，在室溫下，全有機(jī)RPB在50 mA g^-1時(shí)可提供188.1 mAh g^-1的高比容量，在1 A g^-1和5 A g^-1時(shí)可提供6000和50000次循環(huán)的超長(zhǎng)壽命，展示了一種超穩(wěn)定和快速充電的全有機(jī)電池。

即使在70-100℃下，高質(zhì)量負(fù)載（6.5 mg cm^-2）的全有機(jī)RPB仍表現(xiàn)出高達(dá)2A g^-1的高倍率能力和500次循環(huán)的長(zhǎng)壽命，展示了其卓越的高溫性能?？傊?，這項(xiàng)工作中展示的電池配置顯示了在極端條件下可持續(xù)電池實(shí)際應(yīng)用的巨大前景。

圖3. 低質(zhì)量負(fù)載全有機(jī)RPB的室溫電化學(xué)性能

A Fast-Charging and High-Temperature All-Organic Rechargeable Potassium Battery. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202106116

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