鉀硫(K-S)電池正在成為一種低成本、高容量的儲(chǔ)能技術(shù)。然而，傳統(tǒng)的K-S電池存在兩個(gè)尚未成功解決的關(guān)鍵問(wèn)題：多硫化鉀(KPS)溶解到液態(tài)電解質(zhì)中以及在K金屬負(fù)極上形成K枝晶，這導(dǎo)致循環(huán)效率不足和可逆容量較低。

韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)Yang-Kook Sun、全南大學(xué)Jaekook Kim、Jang-Yeon Hwang等報(bào)道了一種由高濃度電解液(HCE，4.34 mol kg^-1 KFSI-DME)和硫化聚丙烯腈（SPAN）組成的高容量和長(zhǎng)循環(huán)壽命的K-S電池。

圖1. 具有不同鹽濃度的電解液的表征

研究顯示，隨著DME中鹽(KFSI)濃度的增加，接觸離子對(duì)(CIP)和聚集體(AGG)通過(guò)減少溶劑分離離子對(duì)(SSIP)和游離溶劑分子的數(shù)量來(lái)主導(dǎo)HCE的溶劑化結(jié)構(gòu)。這些特征允許在K金屬表面上形成堅(jiān)固的SEI，其中包括FSI^–陰離子衍生的富含KF的分解產(chǎn)物，而不是有機(jī)組分。

此外，HCE降低了靠近電極表面的K離子耗盡程度，從而在K金屬表面上觸發(fā)均勻的法拉第電流密度；這通過(guò)抑制K電沉積過(guò)程中的枝晶生長(zhǎng)來(lái)穩(wěn)定K金屬負(fù)極。

圖2. 半電池性能

在正極側(cè)，SPAN通過(guò)與C主鏈共價(jià)鍵合轉(zhuǎn)變?yōu)槎替淪，抑制了可溶性多硫化物的形成，這在金屬硫電池中是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。因此，所提出的采用HCE和SPAN正極的K-S電池在實(shí)用S負(fù)載下表現(xiàn)出前所未有的高面積容量、循環(huán)穩(wěn)定性和功率容量。

盡管擬議電池的實(shí)際使用需要進(jìn)一步的工作，但該K-S電池可以突出K-S電池中尚未與我們所知相匹配的最先進(jìn)技術(shù)。作者相信這里展示的結(jié)果將有助于在開(kāi)發(fā)高能量和高性能K-S電池系統(tǒng)方面向前邁出一步。

圖3. 全電池性能

High-Energy and Long-Lifespan Potassium–Sulfur Batteries Enabled by Concentrated Electrolyte. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202209145