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康飛宇/翟登云等EnSM: 醚基電解液的表面化學調控實現(xiàn)高度穩(wěn)定的鉀金屬電池

可充電K金屬電池 (PMB) 仍然缺乏對高反應性K負極和4 V級正極均穩(wěn)定的合適電解液，雖然經典的雙（氟磺?；０封?(KFSI) 基醚電解質對K金屬具有良好的還原穩(wěn)定性，但由于其氧化穩(wěn)定性有限，通常僅用于<4.0 V PMB。

在此，清華-伯克利深圳學院康飛宇教授、清華深圳研究生院翟登云副教授以及美國加州大學北嶺分校Kah Chun Lau等人首次報道了在中等濃度 (2.3 M) KFSI/1,2-二甲氧基乙烷 (DME) 電解液中添加少量KNO₃（50 mM），并將其用于4V級PMB。高壓普魯士藍 (PB) 正極和 K負極均具有優(yōu)異的循環(huán)性能。

圖1. Ether-KNO₃的電化學特性

含KNO₃的DME電解液（Ether-KNO₃）有助于形成富含N/F物種的穩(wěn)定SEI 層，從而能夠在高電流密度下進行致密的K沉積。

同時，還提高了氧化穩(wěn)定性（> 4.3 V）和抗Al腐蝕性，最終實現(xiàn)了122天（1000次循環(huán)）電池壽命的高度穩(wěn)定的4 V級PMB。這項工作提供了對 K沉積電化學和硝酸鹽添加劑家族的更好理解，并為4 V級 PMB的開發(fā)鋪平了道路。

圖2. 高電流密度下鉀沉積的形態(tài)演變

Highly Stable Potassium Metal Batteries Enabled by Regulating Surface Chemistry in Ether Electrolyte, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.013

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