湖南大学鲁兵安：最新Angew！

传统的醚基电解液在钾离子电池中表现出低极化电压，但在石墨负极中存在离子-溶剂共嵌入、差钾金属性能和氧化稳定性有限的问题。

湖南大学鲁兵安等发现，削弱阳离子与溶剂的相互作用可以抑制共嵌入行为，提高钾金属的性能，并改善氧化稳定性。

图1. 电解液设计

具体而言，作者采用1, 2-二乙氧基乙烷（DEE）的醚基溶剂来开发弱溶剂化电解液。阳离子溶剂团簇的脱溶能和溶剂化环境表明，与常见的1, 2-二甲氧基乙烷（DME）溶剂相比，K⁺-溶剂的相互作用在DEE溶剂中明显减弱。同时，在相应的电解液中，K⁺-溶剂的相互作用也比Li⁺-溶剂的相互作用弱。

因此，较弱的K⁺-DEE相互作用使石墨负极能够发生K⁺嵌入行为（通过原位X射线衍射验证），而较强的Li⁺-DEE相互作用使石墨负极能够承受[Li-DEE]⁺共嵌入现象。同时，弱K⁺-DEE相互作用有利于形成阴离子衍生的SEI层。

图2. DME和DEE基电解液在半电池中性能对比

因此，电解液中弱化的K⁺-DEE相互作用使K|||石墨电池（200次循环，容量保持率为86.6%）、K|||Cu电池（超过550次循环，平均库仑效率为98.9%）、对称K|||K电池（1400小时）表现出优异的电化学性能，而且电解液还表现出高达4.4V的氧化稳定性。

这项工作表明，钾离子电解液具有固有的弱溶剂化能力，这可能是由于K⁺的电荷密度低。这种离子-溶剂相互作用调节策略为开发用于PIB及其他领域的高性能电解液提供了一种有前景的方法。

图3. 电解液氧化稳定性及全电池性能

Weak Cation–solvent Interactions in Ether-based Electrolytes Stabilizing Potassium-ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202208291

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