鲁兵安NML：K+通量整流电解质实现安全长寿命钾离子电池

电解质中K⁺运动的高自由度（DOF）是可取的，因为由此产生的高离子电导率有助于改善钾离子电池（PIB），但这需要高自由度和易燃有机溶剂分子的支持，会严重影响电池安全。

图1 K⁺通量整流电解质的特性

湖南大学鲁兵安等创新了一种具有一维纳米通道的电解质，将K⁺通量从原来的无序运动（DOF = 3）调整为一维运动（DOF = 1），同时避免了因K⁺运动形式的改变（如跳跃）而导致的离子电导率的显著下降。

作者将其称为K⁺通量整流电解质，它有助于提高PIB的安全性、氧化稳定性和循环稳定性。

具体来说，K||K和K||Cu电池实现了数千次循环，库仑效率超过99%。K||石墨电池的循环寿命为1,500次，容量保持率为74.7%。对于可溶性有机正极（3,4,9,10-苝四羧酸二亚胺，PTCDI），其循环寿命延长至2,100次。

图2 钾金属和石墨负极的电化学性能

此外，基于这种策略的石墨||PTCDI全电池也实现了多方面的高性能（在1000次循环中，每次循环的平均容量衰减率为0.034%；库仑效率超过99%）。作者还制备了一种2.18 Ah的软包电池，他在100次循环后容量变化很小。

另外，K⁺通量整流电解质还实现了柔性纤维电池的制造，这种电池即使被切割成三块也能正常工作。总体而言，这项研究从全新的DOF角度提出了高性能电解质的设计策略。

图3 全电池性能

Trimming the Degrees of Freedom via a K+ Flux Rectifier for Safe and Long-Life Potassium-Ion Batteries. Nano-Micro Letters 2023. DOI: 10.1007/s40820-023-01178-3

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