湖大鲁兵安&樊令EES：运行时间超过2年的不燃钾离子电池！

电解液对钾离子电池（PIBs）的安全性和长期循环性至关重要。然而，传统的低浓度电解液由于其高度可燃的溶剂或无效的固体-电解质相（SEI），不能同时实现安全和持久的PIBs。

湖南大学鲁兵安、樊令等展示了一种低浓度、不易燃、弱溶剂化的电解液，它同时增强了PIB的安全性和循环性。

图1. 开发不易燃和弱溶剂化的电解液

具体而言，这项工作提出了一种低浓度（1M）的电解液，它由单一的双氟磺酰亚胺钾盐（KFSI）和单一的磷酸三（2,2,2-三氟乙基）酯溶剂（FTEP）组成，可以实现安全和持久的PIB。

研究显示，FTEP溶剂的内在不可燃性显著提高了电池的安全性，FTEP的弱溶剂化特性增强了K⁺-阴离子的相互作用，有利于在负极上形成阴离子衍生的富含F的SEI，从而进一步减少电解液的分解。

图2. 钾金属和石墨负极的电化学性能研究

结果，这种电解液使K||石墨（运行时间超过2年）和K||Cu电池（运行时间超过200天）能够持久循环。此外，这种电解液还能使高电压稳定性达到4.2V。

因此，使用这种电解液，K||Mn-PBA电池在200次循环中可提供99.5%的高平均库仑效率。KMO||石墨全电池在100次循环后表现出75.2%的良好容量保持率和99.7%的高平均库仑效率。

总之，这项研究为定制电解液以实现安全和持久的钾离子电池提供了一个指导原则。

图3. 高电压特性和全电池性能

A tailored electrolyte for safe and durable potassium ion batteries. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d2ee03294e

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