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固體電解質界面（SEI）的機械性能引起了越來越多的關注，但它們在指導電解質設計中的重要性仍然模棱兩可。

香港理工大學張標等研究了通過調整碳酸酯基電解液的濃度來優化K金屬負極性能的基本原理。

圖1 K金屬電池的電化學性能

研究顯示，高濃度會增加電解液和所得SEI的離子電導率，這兩者都有利于降低K沉積/剝離過程中的過電位，但增加濃度并沒有提高CE和循環壽命。相反，在低濃度0.5 m KFSI/EC-DEC的電解液中可觀察到光滑的K沉積形態，這使得最高的CE和最長的循環時間。

進一步分析表明，隨著電解液濃度從0.25增加到2 m，原本以有機物為主的SEI中無機成分的含量逐漸增加，這導致楊氏模量(E)增加和彈性應變極限(ε_Y)降低。

圖2 SEI的機械性能

作為變化的E和ε_Y的綜合結果，在0.5 m KFSI/EC-DEC電解液中形成的SEI具有最大的可逆彈性變形能(U)以適應 K沉積期間的變形。有限元模擬表明，具有低E或ε_Y的SEI不可避免地會引發鉀的枝晶生長，這解釋了鉀金屬負極在0.25和2 m電解液中差循環性能的原因。

這些結果表明，SEI的機械性能在決定碳酸酯電解液中金屬負極的循環性能方面起著主導作用，應該在電解液設計中加以強調。這也表明在低濃度下優化與高濃度平行的電極/電解液界面有足夠的空間。

圖3 SEI分析

Critical Roles of Mechanical Properties of Solid Electrolyte Interphase for Potassium Metal Anodes. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202112399

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港理工張標AFM：SEI機械性能對鉀金屬負極的關鍵作用

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港理工張標AFM：SEI機械性能對鉀金屬負極的關鍵作用

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