牛津大学Nature子刊：钾离子电解液离子传输和热力学特性的全面研究

由于钾的可得性和低成本，非水钾离子电池（KIBs）代表了锂离子电池的一种有希望的补充技术。

此外，与Li⁺相比，K⁺的电荷密度较低，有利于液态电解液中的离子传输特性，因此，这使得KIB有可能能够提高倍率能力和低温性能。然而，对非水钾离子电解液的离子传输和热力学特性的全面研究还没有。

图1 钾电极制备及电解液特征分析

牛津大学Mauro Pasta等报告了由双氟磺酰亚胺钾（KFSI）盐和1,2-二甲氧基乙烷（DME）溶剂组成的模型非水钾离子电解液系统的离子传输和热力学特性的全面特征，并将其与锂离子等价物（即LiFSI：DME）在0.25-2molal的浓度范围内进行了比较。

结果显示，在所有浓度低于2M的情况下，KFSI:DME电解液的盐扩散系数和阳离子转移数明显高于LiFSI电解液。更高的盐扩散系数和阳离子转移数减少了离子浓度梯度的形成和相关的浓度过电位，从而证实了KIBs提供更好的速率能力和低温性能的潜力。

在20℃时，离子电导率被发现是相似的，LiFSI在1.7M之前略高，这可能是由于KFSI盐解离不充分。热力学因子随浓度变化的行为表明，与Li⁺相比，K⁺的溶剂和离子相互作用较弱。

图2 KFSI和LiFSI在DME中的浓度依赖性迁移数和离子电导率

采用这里描述的电解液特性关系对钾离子和锂离子金属||石墨电池进行的DFN模拟表明，KFSI：DME电解液更快的传输特性导致了充电速率的提高。

总的来说，这项研究证明，K⁺的阳离子尺寸增大，电荷密度降低，因此溶剂和离子间的相互作用较弱，有利于大功率电化学储能系统。钾离子电解液的全面表征提供了对钾离子电解液传质和热力学的更准确的理解，为进一步的钾离子电解液开发和优化奠定了基础。

图3 多尔-富勒-纽曼（DFN）模拟

Fundamental investigations on the ionic transport and thermodynamic properties of non-aqueous potassium-ion electrolytes. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-39523-0

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牛津大学Nature子刊：钾离子电解液离子传输和热力学特性的全面研究

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