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電解質中K⁺運動的高自由度（DOF）是可取的，因為由此產生的高離子電導率有助于改善鉀離子電池（PIB），但這需要高自由度和易燃有機溶劑分子的支持，會嚴重影響電池安全。

圖1 K⁺通量整流電解質的特性

湖南大學魯兵安等創新了一種具有一維納米通道的電解質，將K⁺通量從原來的無序運動（DOF = 3）調整為一維運動（DOF = 1），同時避免了因K⁺運動形式的改變（如跳躍）而導致的離子電導率的顯著下降。

作者將其稱為K⁺通量整流電解質，它有助于提高PIB的安全性、氧化穩定性和循環穩定性。

具體來說，K||K和K||Cu電池實現了數千次循環，庫侖效率超過99%。K||石墨電池的循環壽命為1,500次，容量保持率為74.7%。對于可溶性有機正極（3,4,9,10-苝四羧酸二亞胺，PTCDI），其循環壽命延長至2,100次。

圖2 鉀金屬和石墨負極的電化學性能

此外，基于這種策略的石墨||PTCDI全電池也實現了多方面的高性能（在1000次循環中，每次循環的平均容量衰減率為0.034%；庫侖效率超過99%）。作者還制備了一種2.18 Ah的軟包電池，他在100次循環后容量變化很小。

另外，K⁺通量整流電解質還實現了柔性纖維電池的制造，這種電池即使被切割成三塊也能正常工作。總體而言，這項研究從全新的DOF角度提出了高性能電解質的設計策略。

圖3 全電池性能

Trimming the Degrees of Freedom via a K+ Flux Rectifier for Safe and Long-Life Potassium-Ion Batteries. Nano-Micro Letters 2023. DOI: 10.1007/s40820-023-01178-3

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?魯兵安NML：K+通量整流電解質實現安全長壽命鉀離子電池

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