固態氟離子電池(FIB)繞過了鋰離子電池的多個強大瓶頸,但由于缺乏合適的固體電解質,其整體性能仍然較差。目前,大多數 FIB 固體電解質的電導率太低,無法進行室溫循環,而少數足夠導電的固體電解質由于電化學穩定性窗口 (ESW) 較窄,只能允許非常低的放電電壓。在此,中國科學技術大學馬騁教授等人報道了一種F離子導電固體電解質CsPb0.9K0.1F2.9 (PK10),它顯示了高離子電導率和優異電化學穩定性的罕見組合。其室溫電導率達到1.23×10-3 S cm-1,可與文獻中導電性最強的系統PbSnF4 (5.44 × 10-4~1.6×10-3 S cm-1) 相媲美,而ESW高達1.8 V,大大超過了其他高導電系統(BaSnF4和PbSnF4的ESW非常窄,分別為0.45和0.53 V)。因此,PK10可以被認為是目前最理想的室溫FIB固體電解質。圖1. PK10的電化學穩定性憑借在固體電解質中同時實現的這些吸引人的特性,作者成功構建了比文獻中其他室溫可操作的固態FIB具有更高電壓的電池(Ag/PK10/Pb-PbF2),并被證明具有出色的循環穩定性。電池容量在反復充放電過程中幾乎沒有下降,在循環4581小時后容量仍保持在140 mAh g-1左右的高值。因此,該研究發現的這種同時具有高電導率和寬ESW的 PK10 固體電解質開辟了一條通往能量密集、安全的FIB的新途徑。圖2. PK10形成的電池的室溫性能A Fluoride-Ion-Conducting Solid Electrolyte with Both High Conductivity and Excellent Electrochemical Stability, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202104508