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由于雙離子電池（DIB）的優勢和豐富的資源，鉀基雙碳電池（K-DCB）具有廣泛的應用前景。然而，傳統的碳酸酯基電解液體系具有明顯的缺點，如抗氧化性差，難以在高電壓下維持陰離子插層過程，這嚴重影響了K-DCB的容量和循環性能。因此，為實現高性能的K-DCBs，迫切需要合理設計更有效的新型電解液體系。

圖1. 不同電解液的性能對比

中國科學院深圳先進技術研究院唐永炳、歐學武等報告了K-DCB電解質體系的溶劑化結構調節策略。具體而言，作者經過對各種電解液體系的系統匹配調查，實驗研究和理論計算結果表明，在含有碳酸酯和砜類的二元電解液體系中，既可以實現高電壓特性，又可以實現與負極的良好兼容性。

作為概念證明，在四亞甲基砜（TMS）：碳酸二甲酯（DMC）二元電解液體系中，DMC分子和陰離子（如FSI-）更容易參與K⁺離子的溶劑化結構，這有助于在負極形成穩定的SEI層，而TMS分子靠近陰離子（如FSI-），導致電解液的氧化電位提高。因此，石墨負極的K⁺離子儲存和石墨正極的FSI-插層都得到加強。

圖2. 溶劑化結構研究及理論計算

通過進一步提高電解液濃度以減少自由溶劑分子，6.9M KFSI/TMS:DMC使石墨負極的循環穩定性得到顯著改善，并且在石墨正極具有良好的陰離子（FSI-）插層性能。

采用6.9M的高濃電解液，K-DCB全電池在100 mA/g的電流密度下提供了103.4 mAh/g的放電比容量，并且在400次循環后容量保持率達到約90%。

此外，基于電極材料和電解液，其能量密度可以達到157.6 Wh kg^-1，這在已報道的K-DCB中是最高的。總體而言，這項研究證明了溶劑化調控在改善K-DCBs性能方面的有效性。

圖3. K-DCB全電池的性能

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/歐學武AM：調控電解液的溶劑化結構實現電池創紀錄比能量

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