​AFM：高浓电解液助力高能量、长寿命K-SPAN电池，循环超700次！

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钾硫(K-S)电池正在成为一种低成本、高容量的储能技术。然而，传统的K-S电池存在两个尚未成功解决的关键问题：多硫化钾(KPS)溶解到液态电解质中以及在K金属负极上形成K枝晶，这导致循环效率不足和可逆容量较低。

韩国汉阳大学Yang-Kook Sun、全南大学Jaekook Kim、Jang-Yeon Hwang等报道了一种由高浓度电解液(HCE，4.34 mol kg^-1 KFSI-DME)和硫化聚丙烯腈（SPAN）组成的高容量和长循环寿命的K-S电池。

图1. 具有不同盐浓度的电解液的表征

研究显示，随着DME中盐(KFSI)浓度的增加，接触离子对(CIP)和聚集体(AGG)通过减少溶剂分离离子对(SSIP)和游离溶剂分子的数量来主导HCE的溶剂化结构。这些特征允许在K金属表面上形成坚固的SEI，其中包括FSI^–阴离子衍生的富含KF的分解产物，而不是有机组分。

此外，HCE降低了靠近电极表面的K离子耗尽程度，从而在K金属表面上触发均匀的法拉第电流密度；这通过抑制K电沉积过程中的枝晶生长来稳定K金属负极。

图2. 半电池性能

在正极侧，SPAN通过与C主链共价键合转变为短链S，抑制了可溶性多硫化物的形成，这在金属硫电池中是一个严重的问题。因此，所提出的采用HCE和SPAN正极的K-S电池在实用S负载下表现出前所未有的高面积容量、循环稳定性和功率容量。

尽管拟议电池的实际使用需要进一步的工作，但该K-S电池可以突出K-S电池中尚未与我们所知相匹配的最先进技术。作者相信这里展示的结果将有助于在开发高能量和高性能K-S电池系统方面向前迈出一步。

图3. 全电池性能

High-Energy and Long-Lifespan Potassium–Sulfur Batteries Enabled by Concentrated Electrolyte. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202209145

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计算性质涉及电位、容量、离子扩散、过渡态+AIMD、HOMO/LUMO、溶剂化、反应路径、反应机理、过渡态、吸附、掺杂、能带、态密度、d带中心、电荷密度与电荷得失、PDOS/COHP、反应能垒、反应动力学/热力学等。

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