近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院深圳先進(jìn)集成技術(shù)研究所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊，采用高電壓高濃度電解液顯著提升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為題，在線發(fā)表在Advanced Energy Materials上。

鉀基雙碳電池（K-DCB）結(jié)合雙離子電池電壓高、成本低、環(huán)境友好的特點(diǎn)以及鉀資源儲量豐富的優(yōu)勢，在規(guī)模化儲能領(lǐng)域具有應(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)壽命等有重要影響。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，能量密度也有待提升。鑒于此，唐永炳及其團(tuán)隊成員李翔、歐學(xué)武等在系統(tǒng)研究不同溶劑與鉀鹽的匹配行為后，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，該高濃度電解液的優(yōu)勢包括：高氧化電位（~6.0 V vs. K/K⁺），提高陰離子（FSI^-）插層石墨正極的容量及循環(huán)穩(wěn)定性；石墨負(fù)極的儲鉀性能得到有效改善；鉀基雙離子電池的能量密度獲得明顯提升?；谠摳唠妷焊邼舛入娊庖后w系的鉀基雙石墨電池在經(jīng)過300次循環(huán)后，容量幾乎無衰減。同時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，在已有報道中性能較優(yōu)。該研究證實高電壓濃縮電解液對于提升電池性能的有效性，以及發(fā)展高效低成本儲能器件有指導(dǎo)意義。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、廣東省科技計劃、粵港澳聯(lián)合實驗室、深圳市科技計劃等的資助。

（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）與已有報道的能量及功率密度比較