Chem. Mater：离子液体电解质助力高效高能钾离子电池！- 大数跨境

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Chem. Mater：离子液体电解质助力高效高能钾离子电池！

科学材料站

2020-08-28

导读：本文首次在Pyr1,3FSI离子液体电解质中，将KMF正极和石墨负极与KFSI相结合，表现出前所未有的性能。

研究背景

钾离子电池（KIB）是锂离子电池的一种很有前途的补充技术，因为钾的相对丰富性和经济性。目前，最有前途的KIB化学由一个铁氰化锰钾（KMF）正极、普鲁士蓝类似物和石墨负极（723W h l−1和359W h kg−1）组成的。目前还没有一种电解液能同时在高工作电位KMF（4.02v vs K+/K）下稳定，并与K+嵌入石墨相兼容，这是目前最关键的障碍。

文章简介

近日，牛津大学Mauro Pasta教授课题组在国际顶级期刊Chem. Mater上发表题为“Paving the way toward highly efficient, high-energy potassium-ion batteries with ionic-liquid electrolytes”的研究工作。

本文首次在Pyr1,3FSI离子液体电解质中，将KMF正极和石墨负极与KFSI相结合，表现出前所未有的性能。

本文要点

要点一：通过优化KMF的形态和使用离子液体电解质，KMF正极和传统石墨负极的库仑效率都得到了显著提高，提供了一种高效高压钾离子的途径电池。使用研究了宽KMF合成参数空间的自动移液机器人和高通量表征技术。

要点二：作者发现柠檬酸盐的加入从100nm增加到100nm，空位含量减小。同时添加KCl也降低了空位含量，但也降低了粒子数大小。减小反应物浓度增加了材料的结晶度。作者还观察到颗粒大小和含水量之间存在明显的负相关。在KFSI中用Pyr1进行电化学测试，3FSI离子液体电解质表明，约180 nm的中间粒径是高比容（119 mA h g−1）和长循环寿命（100次循环后保留87.4%）之间的最佳折衷方案。

要点三：作者还发现了上述库仑效率高达99.3%，这是一个重要但严重低估的优点。这是由于离子液体电解质在高压下的稳定性和对铝集流器的抑制腐蚀。尺寸同样的电解质石墨表现出优良的循环性能和倍率性能。作者在Pyr1,3FSI石墨全电池中获得了KMF | KFSI的最高第一循环库仑效率为67.7%。这项工作表明，在KMF |石墨钾离子全电池中使用离子液体电解质是一种减少不可逆容量损失的可行方法，这对制造有用的高能量密度钾离子电池至关重要。

文章链接

Paving the way toward highly efficient, high-energy potassium-ion batteries with ionic-liquid electrolytes

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.0c01347