郭再萍/谷猛/韩兵AM: 冷冻电镜，钾离子电池SEI的原子级超低剂量成像

钾离子电池（PIBs）由于其价格和资源优势，是电化学储能应用中非常有前景的技术，但PIBs的发展仍处于起步阶段。一个主要障碍是对PIB中固体电解质中间相 (SEI) 了解不足，这反映了电解液和电极的兼容性和可行性。

为了克服直接观察钾基SEI的障碍，澳大利亚阿德莱德大学郭再萍教授及南方科技大学谷猛副教授、韩兵等人开发了冷冻电镜(cryo-TEM) 超低剂量成像技术，它能够对电子束敏感的钾金属和SEI在天然状态下进行原子级化学成像。作者发现，钾基SEI由散布着无定形的各种无机相（≈数百纳米）的大支架组成，这与锂基SEI中形成的微小纳米晶无机相（≈几纳米）不同。

图1. 含VC添加剂的磷酸盐基电解液中K枝晶和SEI成像

此外，作者还发现传统的碳酸酯基电解液会导致SEI中形成大量K₄CO₄、KHCO₃和厚有机相，降低电池性能；基于有机磷酸盐的电解液诱导SEI中KPO₃、K₂SO₄和 K₂(SO2)₃薄层的形成，提高循环寿命。

将碳酸酯基 (VC) 添加剂添加到磷酸盐基电解液中会产生KCO₃、K₂S和KOH等产物，导致电池失效。这种对钾基SEI的直接观察提供了对PIBs的全新理解，这将有力地推动PIBs在未来向实际应用的发展。

图2. 三种电解液中K枝晶的EDS光谱

Enabling Atomic-Scale Imaging of Sensitive Potassium Metal and Related Solid Electrolyte Interphases Using Ultralow-Dose Cryo-TEM, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202102666

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郭再萍/谷猛/韩兵AM: 冷冻电镜，钾离子电池SEI的原子级超低剂量成像

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