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開發(fā)快速充電、高溫和可持續(xù)的電池對于在電動汽車、電網規(guī)模的電能存儲和高溫地區(qū)大規(guī)模部署儲能設備至關重要。

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

圖1. 全有機電池中的氧化還原反應示意圖

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）作為負極，聚苯胺/N摻雜石墨烯（PANI/NG）作為正極。在全有機PRB中，高導電性的NG被用于正極和負極，以增加導電性，適應巨大的體積變化，并在反復的鉀化/脫鉀化過程中保持有機電極的結構完整性。

此外，由于二乙二醇二甲醚（DEGDME）的高沸點（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，以進一步提高全有機RPB的性能。穩(wěn)定的電解液和SEI對于快速充電和高溫的全有機RPB的穩(wěn)定性是至關重要的。此外，高濃度的電解液還減輕了OEM的溶解，進一步提高了長期循環(huán)穩(wěn)定性。

圖2. 室溫下RPB中TBPS/NG負極的電化學性能

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

即使在70-100℃下，高質量負載（6.5 mg cm^-2）的全有機RPB仍表現出高達2A g^-1的高倍率能力和500次循環(huán)的長壽命，展示了其卓越的高溫性能。總之，這項工作中展示的電池配置顯示了在極端條件下可持續(xù)電池實際應用的巨大前景。

圖3. 低質量負載全有機RPB的室溫電化學性能

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

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