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由于鉀的可得性和低成本，非水鉀離子電池（KIBs）代表了鋰離子電池的一種有希望的補充技術。

此外，與Li⁺相比，K⁺的電荷密度較低，有利于液態電解液中的離子傳輸特性，因此，這使得KIB有可能能夠提高倍率能力和低溫性能。然而，對非水鉀離子電解液的離子傳輸和熱力學特性的全面研究還沒有。

圖1 鉀電極制備及電解液特征分析

牛津大學Mauro Pasta等報告了由雙氟磺酰亞胺鉀（KFSI）鹽和1,2-二甲氧基乙烷（DME）溶劑組成的模型非水鉀離子電解液系統的離子傳輸和熱力學特性的全面特征，并將其與鋰離子等價物（即LiFSI：DME）在0.25-2molal的濃度范圍內進行了比較。

結果顯示，在所有濃度低于2M的情況下，KFSI:DME電解液的鹽擴散系數和陽離子轉移數明顯高于LiFSI電解液。更高的鹽擴散系數和陽離子轉移數減少了離子濃度梯度的形成和相關的濃度過電位，從而證實了KIBs提供更好的速率能力和低溫性能的潛力。

在20℃時，離子電導率被發現是相似的，LiFSI在1.7M之前略高，這可能是由于KFSI鹽解離不充分。熱力學因子隨濃度變化的行為表明，與Li⁺相比，K⁺的溶劑和離子相互作用較弱。

圖2 KFSI和LiFSI在DME中的濃度依賴性遷移數和離子電導率

采用這里描述的電解液特性關系對鉀離子和鋰離子金屬||石墨電池進行的DFN模擬表明，KFSI：DME電解液更快的傳輸特性導致了充電速率的提高。

總的來說，這項研究證明，K⁺的陽離子尺寸增大，電荷密度降低，因此溶劑和離子間的相互作用較弱，有利于大功率電化學儲能系統。鉀離子電解液的全面表征提供了對鉀離子電解液傳質和熱力學的更準確的理解，為進一步的鉀離子電解液開發和優化奠定了基礎。

圖3 多爾-富勒-紐曼（DFN）模擬

Fundamental investigations on the ionic transport and thermodynamic properties of non-aqueous potassium-ion electrolytes. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-39523-0

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牛津大學Nature子刊：鉀離子電解液離子傳輸和熱力學特性的全面研究

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