邵宗平/陈石等AFM：SEI的动态可逆演化实现安全稳定的钾离子电池

钾离子电池（PIB）由于钾的高丰度是锂离子电池（LIB）的有利替代品，可用于大规模电化学存储设备。然而，由于钾离子的半径较大（1.39 Å），传统的PIB 电极通常表现出较低的实际容量和较差的循环稳定性。此外，钾金属的高反应性引起了严重的安全问题，这些特性严重阻碍了PIB电极的实际应用。

为此，澳门大学Kwun Nam Hui教授、陈石教授联合南京工业大学邵宗平教授及英国东英吉利大学Kwan San Hui等人报道了将磷化锌复合材料合理地设计为 PIB负极，并将其用于在不可燃的磷酸三乙酯（TEP）电解质中运行以解决上述问题。具体而言，通过控制Zn、ZnO和P原料的比例来优化磷酸锌的含量可平衡磷化锌的循环稳定性和高比容量。

作者基于通过一步球磨设计和制备了磷酸锌含量分别为10、20和30 wt% 的三种磷化锌复合材料，并分别标记为不含C的ZnP₂@ZPO(10)、ZnP₂@ZPO(20)和ZnP₂@ZPO(30)。作者组装钾离子半电池以验证优化的磷化锌复合材料的钾离子存储性能，结果证明，磷化锌复合材料的容量和循环稳定性确实随磷酸锌含量而变化。此外，所有的磷化锌复合材料在不易燃的TEP基电解质中都表现出比传统的EC/DEC基电解质更好的电化学性能。

图1. 磷化锌复合材料在不同电解质中的电化学性能

特别是，ZnP₂ @ZPO(20)复合材料表现出高实际比容量（0.1 A g-1时为571.1 mAh g^-1）和优异的循环稳定性（在0.5 A g^-1下1000次循环后容量保持率为94.5%）。

作者通过XPS深度剖面分析对SEI进行研究，发现SEI中存在大量由KFSI分解引起的含硫物质。这些含硫物质在基于TEP的电解质中随着充电/放电过程可逆地动态演化和转化，而不是在基于EC/DEC的电解质中反复形成和降解。这种可逆的SEI有助于稳定电极，因此在TEP基电解质中实现了优异的循环稳定性。

作者还选择有机苝四羧酸二酐（PTCDA）作为正极组装全电池以证明ZnP₂ @ZPO(20)电极在实际器件中的可行性，该全电池在0.1 mA g^-1下200次循环后仍保持65.6 mAh g^-1的放电容量，还可持续为电风扇供电。总之，这种动态可逆的SEI 概念可能为PIB的优质电极设计提供新的策略。

图2. PTCDA//ZnP₂ @ZPO(20)全电池的电化学性能