『AEM』华科大高义华教授团队:高性能助溶剂工程电解质实现工作温度范围为 −25至50 ℃的高压低成本K+电池

图1

a) HPIBs中各种活性材料的氧化还原电位、电压窗口和不同电解质的成本。b) 不同电解质的溶剂化结构。

图2：常规水性电解质和助溶剂工程电解液的表征

a) 光学图像，b) 5.0 mV s⁻¹时的LSV曲线(插图：ESW)。c) 常规水性电解质和助溶剂工程电解液的离子电导率和粘度。d) 常规水性电解质和助溶剂工程电解质的FTIR光谱。e)不同电解质在相对湿度为~65%的空气中的保重性。f) [K(PC)x(H₂O)5−x]+ (x = 0~5)的溶剂化结构和相应的电离能。g) [K(PC)₃(H₂O)₂]+，[K(PC)₄(H₂O)]⁺和[K(PC) ₅]⁺的分子静电势能面。h)K⁺−CF₃SO₃⁻，K⁺−H₂O, K⁺−PC，CF₃SO₃⁻−H₂O，H₂O−PC的电荷密度差和计算的结合能，等值面为 3.4×10⁻³ e Å⁻³.

图3：KFeMnHCF电极的电化学性能和稳定性

a) 1.0 mV s⁻¹时的CV曲线。b) 0.20 A g−1时的GCD曲线。c) 1.0 H₂O电解质和4.0 PC/H₂O电解质中KFeMnHCF电极的EIS曲线。d) 0.20~1.0 mV s⁻¹时的CV曲线。e) CV曲线每个峰值处的对数（峰值电流）与对数（扫描速率）的关系图。f) 4.0 PC/H₂O电解质中0.20~5.0 A g⁻¹时KFeMnHCF电极的GCD曲线。g) KFeMnHCF电极的倍率性能。插图是将KFeMnHCF粉末浸泡在1.0 H₂O电解质和4.0 PC/H₂O电解质中5天后。h) 不同电流密度下的库仑效率。

a) 工作原理，b)2.0 mV s⁻¹时的CV曲线，基于阴极质量的HPIB在c) 0.50~10.0 A g⁻¹下的GCD曲线和d) 0.50 A g⁻¹下的放电曲线。e) 将全电池的平均放电电压、容量(基于两个电极的总有效质量)和能量密度与其他报道的使用水性电解质的高安全性电池进行比较。f) HPIB的中点放电电压与具有酸性、温和性和碱性电解质的不同高安全性电池进行比较。g) HPIB的速率性能。h) HPIB在−25~50 ℃下性能。HPIBs在i) 室温和j) 低温下为计数器供电。

a) 0.50 A g⁻¹时的GCD曲线，其中在GCD曲线的标记点对KFeMnHCF阴极和PTCDI阳极进行了各种非原位表征。b) PTCDI阳极的O 1s XPS光谱。c) 不同充电/放电态下KFeMnHCF阴极的Mn 2p和Fe 2p XPS光谱。KFeMnHCF阴极在e) 充电和f) 放电状态下的TEM图像和相应的元素映射。

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