唐永炳/欧学武AM：调控电解液的溶剂化结构实现电池创纪录比能量

由于双离子电池（DIB）的优势和丰富的资源，钾基双碳电池（K-DCB）具有广泛的应用前景。然而，传统的碳酸酯基电解液体系具有明显的缺点，如抗氧化性差，难以在高电压下维持阴离子插层过程，这严重影响了K-DCB的容量和循环性能。因此，为实现高性能的K-DCBs，迫切需要合理设计更有效的新型电解液体系。

图1. 不同电解液的性能对比

中国科学院深圳先进技术研究院唐永炳、欧学武等报告了K-DCB电解质体系的溶剂化结构调节策略。具体而言，作者经过对各种电解液体系的系统匹配调查，实验研究和理论计算结果表明，在含有碳酸酯和砜类的二元电解液体系中，既可以实现高电压特性，又可以实现与负极的良好兼容性。

作为概念证明，在四亚甲基砜（TMS）：碳酸二甲酯（DMC）二元电解液体系中，DMC分子和阴离子（如FSI-）更容易参与K⁺离子的溶剂化结构，这有助于在负极形成稳定的SEI层，而TMS分子靠近阴离子（如FSI-），导致电解液的氧化电位提高。因此，石墨负极的K⁺离子储存和石墨正极的FSI-插层都得到加强。

图2. 溶剂化结构研究及理论计算

通过进一步提高电解液浓度以减少自由溶剂分子，6.9M KFSI/TMS:DMC使石墨负极的循环稳定性得到显著改善，并且在石墨正极具有良好的阴离子（FSI-）插层性能。

采用6.9M的高浓电解液，K-DCB全电池在100 mA/g的电流密度下提供了103.4 mAh/g的放电比容量，并且在400次循环后容量保持率达到约90%。

此外，基于电极材料和电解液，其能量密度可以达到157.6 Wh kg^-1，这在已报道的K-DCB中是最高的。总体而言，这项研究证明了溶剂化调控在改善K-DCBs性能方面的有效性。

图3. K-DCB全电池的性能

Solvation Structure Modulation Of High-Voltage Electrolyte For High-Performance K-Based Dual-Graphite Battery. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202300917

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唐永炳/欧学武AM：调控电解液的溶剂化结构实现电池创纪录比能量

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