​侴术雷/雷凯翔等Nano Letters：电解质诱导正极材料原位形态演变，提升储钾性能！

第一作者：Yuqing Zhao

通讯作者：侴术雷、雷凯翔、李林、Simi Sui

通讯单位：河北工业大学，温州大学

论文速览

本研究通过设计一种弱溶剂电解质，显著提升了苝四甲酸二酐（PTCDA）作为钾离子电池正极材料的储钾性能。该电解质诱导PTCDA在原位形态演变，形成独特的纳米线结构，有效避免了PTCDA在非质子性电解质中的溶解问题。

实验结果表明，PTCDA展现出优异的循环稳定性（2000个循环后容量保持率为89.1%）以及良好的倍率性能（50C时为70.3 mAh g^−1）。此外，研究还发现，PTCDA在充放电过程中形态演变的关键在于磺酰基团的作用。

该工作为有机电极材料的电解质设计开辟了新的机遇，并为钾离子电池的进一步发展提供了启示。

图文导读

图1 展示了有机溶剂的介电常数、溶剂分子对PTCDA的溶解能力评估以及K||PTCDA半电池在不同电解质中的循环稳定性和初始充放电特性。

图2 通过扫描电子显微镜（SEM）观察了PTCDA电极在不同电解质中循环后的形态演变，以及通过电解质交换实验验证了PTCDA形态对电化学性能的影响。

图3 展示了PTCDA电极在不同基于KFSI的电解质中循环后的形态演变，以及不同钾盐对PTCDA形态演变的影响。

图4 通过外场SEM详细观察了PTCDA电极在首次充放电过程中的形态演变，揭示了纳米线网络结构的形成过程。

图5 展示了K||PTCDA半电池在F-DEE电解质中的倍率性能、不同电流密度下的充放电曲线、循环稳定性，以及石墨||PTCDA全电池的充放电特性和循环稳定性。

亮点介绍

1. 电解质设计：通过使用基于乙二醇二乙醚（DEE）的弱溶剂电解质，有效抑制了PTCDA的溶解，提升了其作为钾离子电池正极材料的电化学性能。

2. 形态演变：研究揭示了PTCDA在充放电过程中的独特纳米线形态演变，这种结构有助于加速电解质渗透和缩短离子传输路径，从而加快电化学反应动力学。

3. 循环稳定性：PTCDA在弱溶剂电解质中展现出卓越的循环稳定性，经过2000个循环后容量保持率高达89.1%。

4. 倍率性能：即使在50C的高电流密度下，PTCDA仍能展现出70.3 mAh g^−1的高放电容量，显示出优异的倍率性能。

5. 全电池应用：石墨||PTCDA全电池展现了高可逆放电容量和良好的循环稳定性，证明了该电解质在实际应用中的潜力。

文献信息

标题：Electrolyte-Induced Morphology Evolution to Boost Potassium Storage Performance of Perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic Dianhydride

期刊：ACS Nano Letters