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2020-09-25
近日，中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究员及其研究团队采用高电压高浓度电解液显著提升了钾基双石墨电池的能量密度以及循环稳定性。相关研究成果以6.0 V High-Voltage and Concentrated Electrolyte toward High Energy Density K-Based Dual-Graphite Battery（6.0 V高电压浓缩电解液用于高能量密度钾基双石墨电池）为题在线发表于国际著名期刊Advanced Energy Materials（DOI:10.1002/aenm.202002567, IF:25.245）上。
钾基双碳电池（K-DCB）结合了双离子电池电压高、成本低、环境友好的特点以及钾资源储量丰富的优势，在规模化储能领域具有广阔的应用前景。作为活性离子来源，电解液对K-DCB的性能包括容量、能量密度、循环寿命等具有决定性的影响。然而，目前基于KPF6钾盐以及碳酸酯类溶剂的电解液体系浓度低（<1 m）且氧化电位不足，导致K-DCB循环稳定性差，能量密度也还有待提升。
鉴于此，唐永炳研究员及其团队成员李翔、欧学武博士等人在系统研究了不同溶剂与钾盐的匹配行为后，成功研发出具有5.2 m高浓度的砜类电解液体系（KFSI/TMS）。与传统低浓度电解液体系相比，该高浓度电解液表现出明显优势：第一，高氧化电位（~6.0 V vs. K/K+），提高了阴离子（FSI-）插层石墨正极的容量及循环稳定性；第二，石墨负极的储钾性能得到有效改善；第三，钾基双离子电池的能量密度获得了显著提升。基于该高电压高浓度电解液体系的钾基双石墨电池经过300次循环后，其容量几乎无衰减。同时考虑电解液和电极材料的情况下，该K-DCB的能量密度达到~130 Wh kg-1，为目前已有报道的最佳性能。该工作证实了高电压浓缩电解液对于提升电池性能的有效性，对发展高效低成本储能器件具有指导意义。
该研究得到了国家自然科学基金、广东省科技计划、粤港澳联合实验室、深圳市科技计划等项目资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202002567
（a）钾基双石墨电池的结构以及工作机理示意图；（b）阴离子（FSI-）插层石墨正极的原位XRD表征； （c）钾基双石墨电池的充放电曲线；（d）与已有报道的能量及功率密度比较
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