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电解液化学调控非晶红磷储钾性能!

发布日期:2019-10-22

面对大规模能源存储的需求,由于金属钾具有与金属锂更为接近的电位 (-2.93 V vs. -3.04 V, SHE) 和丰富的资源储备,使得钾离子电池的研究受到越来越多的关注。通过对钾离子电池负极材料电化学性能的统计与分析发现基于合金—去合金储能机理的合金型负极材料如锑、铋、磷等通常具有较高的比容量。然而,这类电极材料在储钾过程中经历了较大的体积变化,比容量衰减很快。此外,金属K具有比Li、Na更活泼的化学性质,潜在的枝晶生长会造成电解液分解和SEI膜重筑。因此,同时缓解合金型负极的较大体积膨胀和实现K金属的钝化是提高合金型负极材料储钾性能和循环寿命的重要挑战。考虑到电解液一方面可以钝化活泼的金属K,另一方面可以调控SEI膜的组成结构,调控电解液组成有望实现金属K和合金型负极的同时稳定以改善合金型负极储钾性能。


电解液化学调控非晶红磷储钾性能!


  北京航空航天大学郭林(点击查看介绍)老师课题组以典型的合金型负极非晶红磷 (RP) 为例,研究了由有机碳酸酯类、醚类溶剂、KPF6与双氟磺酰亚胺钾 (KFSI) 组成的电解液对RP电极储钾性能的影响。受益于1 M KFSI/EC+DEC (1:1, 体积比) 电解液,基于RP电极的钾离子电池在循环100圈后仍具有420.7 mAh/g的高比容量,容量保持率高达95.3%。这主要是因为:(1) 电解液中KFSI-EC/DEC复合体系适中的溶剂化能可有效地降低自由溶剂分子的数目,减少金属K与电解液的寄生反应,同时促进了RP电极中钾离子的扩散和去溶剂化; (2) 兼具韧性和一定机械强度的SEI膜在金属K和合金型RP电极表面形成,能够抑制钾枝晶的生长、缓解脱嵌钾过程中电极的体积变化、有效抑制了电解液的分解。


  这种优化电解液组成以同时稳定金属K和合金型负极的策略有望适用于其它基于合金型负极的碱金属电池体系。

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