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電解液對鉀離子電池（PIBs）的安全性和長期循環(huán)性至關重要。然而，傳統(tǒng)的低濃度電解液由于其高度可燃的溶劑或無效的固體-電解質相（SEI），不能同時實現安全和持久的PIBs。

湖南大學魯兵安、樊令等展示了一種低濃度、不易燃、弱溶劑化的電解液，它同時增強了PIB的安全性和循環(huán)性。

圖1. 開發(fā)不易燃和弱溶劑化的電解液

具體而言，這項工作提出了一種低濃度（1M）的電解液，它由單一的雙氟磺酰亞胺鉀鹽（KFSI）和單一的磷酸三（2,2,2-三氟乙基）酯溶劑（FTEP）組成，可以實現安全和持久的PIB。

研究顯示，FTEP溶劑的內在不可燃性顯著提高了電池的安全性，FTEP的弱溶劑化特性增強了K⁺-陰離子的相互作用，有利于在負極上形成陰離子衍生的富含F的SEI，從而進一步減少電解液的分解。

圖2. 鉀金屬和石墨負極的電化學性能研究

結果，這種電解液使K||石墨（運行時間超過2年）和K||Cu電池（運行時間超過200天）能夠持久循環(huán)。此外，這種電解液還能使高電壓穩(wěn)定性達到4.2V。

因此，使用這種電解液，K||Mn-PBA電池在200次循環(huán)中可提供99.5%的高平均庫侖效率。KMO||石墨全電池在100次循環(huán)后表現出75.2%的良好容量保持率和99.7%的高平均庫侖效率。

總之，這項研究為定制電解液以實現安全和持久的鉀離子電池提供了一個指導原則。

圖3. 高電壓特性和全電池性能

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

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