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電解液對(duì)鉀離子電池（PIBs）的安全性和長期循環(huán)性至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)的低濃度電解液由于其高度可燃的溶劑或無效的固體-電解質(zhì)相（SEI），不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)安全和持久的PIBs。

湖南大學(xué)魯兵安、樊令等展示了一種低濃度、不易燃、弱溶劑化的電解液，它同時(shí)增強(qiáng)了PIB的安全性和循環(huán)性。

圖1. 開發(fā)不易燃和弱溶劑化的電解液

具體而言，這項(xiàng)工作提出了一種低濃度（1M）的電解液，它由單一的雙氟磺酰亞胺鉀鹽（KFSI）和單一的磷酸三（2,2,2-三氟乙基）酯溶劑（FTEP）組成，可以實(shí)現(xiàn)安全和持久的PIB。

研究顯示，F(xiàn)TEP溶劑的內(nèi)在不可燃性顯著提高了電池的安全性，F(xiàn)TEP的弱溶劑化特性增強(qiáng)了K⁺-陰離子的相互作用，有利于在負(fù)極上形成陰離子衍生的富含F(xiàn)的SEI，從而進(jìn)一步減少電解液的分解。

圖2. 鉀金屬和石墨負(fù)極的電化學(xué)性能研究

結(jié)果，這種電解液使K||石墨（運(yùn)行時(shí)間超過2年）和K||Cu電池（運(yùn)行時(shí)間超過200天）能夠持久循環(huán)。此外，這種電解液還能使高電壓穩(wěn)定性達(dá)到4.2V。

因此，使用這種電解液，K||Mn-PBA電池在200次循環(huán)中可提供99.5%的高平均庫侖效率。KMO||石墨全電池在100次循環(huán)后表現(xiàn)出75.2%的良好容量保持率和99.7%的高平均庫侖效率。

總之，這項(xiàng)研究為定制電解液以實(shí)現(xiàn)安全和持久的鉀離子電池提供了一個(gè)指導(dǎo)原則。

圖3. 高電壓特性和全電池性能

A tailored electrolyte for safe and durable potassium ion batteries. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d2ee03294e

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