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港理工ACS Nano：局部高濃度電解液穩定鉀離子電池黑磷負極

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港理工ACS Nano：局部高濃度電解液穩定鉀離子電池黑磷負極
黑磷(BP)具有優異的鉀離子存儲能力，但其可逆性差且容量衰減快。
香港理工大學Biao Zhang等人合成了一種具有80 wt%高BP負載量的BP-石墨（BP/G）復合材料，并通過利用局部高濃度電解液（LHCE），即雙（氟磺酰）亞胺鉀-磷酸三甲酯（TMP）及氟代醚（HFE）稀釋劑，穩定了該復合負極。
港理工ACS Nano：局部高濃度電解液穩定鉀離子電池黑磷負極
通過簡便的兩步球磨方法制備了BP/G復合電極，其中BP負載量高達80 wt%。但該電極無法在低濃度(1 M，NCE) TMP基電解液中提供合適的可逆容量。通過將鹽濃度增加到5 M可提高可逆性，但由于離子電導率低，倍率能力仍然很差。
因此，進一步通過HFE稀釋高濃度電解液（HCE）得到LHCE（KFSI/TMP/HFE，摩爾比為1:1.7:2），以兼顧長期穩定性和倍率性能。結果，在LHCE的幫助下，該電極在0.3 A g-1下的300 次循環中表現出342 mAh g-1的高可逆和穩定的容量。

港理工ACS Nano：局部高濃度電解液穩定鉀離子電池黑磷負極

圖1. BP/G的電化學性能
這種改善源于增強的離子電導率和形成有效的SEI。LHCE可構建具有均勻元素分布的富含無機成分的SEI，從而提高BP/G的電化學性能。
一方面，共形SEI層有效地防止了電極表面的寄生反應。另一方面，均勻的SEI為適應變形提供了極好的機械穩定性，這體現在較大的最大彈性變形能上。最后，作者證明該電解液與正極也完全兼容，因此促進了具有高容量BP負極的先進鉀離子電池的應用。

港理工ACS Nano：局部高濃度電解液穩定鉀離子電池黑磷負極

圖2. 循環后BP/G電極的XPS表征
Robust Solid Electrolyte Interphases in Localized High Concentration Electrolytes Boosting Black Phosphorus Anode for Potassium-Ion Batteries. ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c07414

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