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2020-09-25
近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其研究團(tuán)隊(duì)采用高電壓高濃度電解液顯著提升了鉀基雙石墨電池的能量密度以及循環(huán)穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果以6.0 V High-Voltage and Concentrated Electrolyte toward High Energy Density K-Based Dual-Graphite Battery（6.0 V高電壓濃縮電解液用于高能量密度鉀基雙石墨電池）為題在線發(fā)表于國際著名期刊Advanced Energy Materials（DOI:10.1002/aenm.202002567, IF:25.245）上。
鉀基雙碳電池（K-DCB）結(jié)合了雙離子電池電壓高、成本低、環(huán)境友好的特點(diǎn)以及鉀資源儲(chǔ)量豐富的優(yōu)勢，在規(guī)?；瘍?chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。作為活性離子來源，電解液對K-DCB的性能包括容量、能量密度、循環(huán)壽命等具有決定性的影響。然而，目前基于KPF6鉀鹽以及碳酸酯類溶劑的電解液體系濃度低（<1 m）且氧化電位不足，導(dǎo)致K-DCB循環(huán)穩(wěn)定性差，能量密度也還有待提升。
鑒于此，唐永炳研究員及其團(tuán)隊(duì)成員李翔、歐學(xué)武博士等人在系統(tǒng)研究了不同溶劑與鉀鹽的匹配行為后，成功研發(fā)出具有5.2 m高濃度的砜類電解液體系（KFSI/TMS）。與傳統(tǒng)低濃度電解液體系相比，該高濃度電解液表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢：第一，高氧化電位（~6.0 V vs. K/K+），提高了陰離子（FSI-）插層石墨正極的容量及循環(huán)穩(wěn)定性；第二，石墨負(fù)極的儲(chǔ)鉀性能得到有效改善；第三，鉀基雙離子電池的能量密度獲得了顯著提升?；谠摳唠妷焊邼舛入娊庖后w系的鉀基雙石墨電池經(jīng)過300次循環(huán)后，其容量幾乎無衰減。同時(shí)考慮電解液和電極材料的情況下，該K-DCB的能量密度達(dá)到~130 Wh kg-1，為目前已有報(bào)道的最佳性能。該工作證實(shí)了高電壓濃縮電解液對于提升電池性能的有效性，對發(fā)展高效低成本儲(chǔ)能器件具有指導(dǎo)意義。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省科技計(jì)劃、粵港澳聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、深圳市科技計(jì)劃等項(xiàng)目資助。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202002567
（a）鉀基雙石墨電池的結(jié)構(gòu)以及工作機(jī)理示意圖；（b）陰離子（FSI-）插層石墨正極的原位XRD表征； （c）鉀基雙石墨電池的充放電曲線；（d）與已有報(bào)道的能量及功率密度比較
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