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北航王華AM：鉀金屬電池-40°C下實(shí)現(xiàn)14.2 mAh高容量！

高質(zhì)量負(fù)載和高面積容量是商業(yè)電池的關(guān)鍵指標(biāo)，它們通常受限于厚電極中的大電荷傳輸阻抗。這在低溫條件下可能會(huì)發(fā)生動(dòng)力學(xué)惡化，因此在寒冷的氣候條件下實(shí)現(xiàn)高容量的電池仍然具有挑戰(zhàn)性。

北京航空航天大學(xué)王華等通過消除正極中的動(dòng)力學(xué)障礙并將其與穩(wěn)定的負(fù)極配對(duì)，成功地制造了低溫高面容量的可充鉀-碲（K-Te）電池。

圖1 具有微尺寸Te電極的PMBs的配置及其低溫高面容量

具體而言，通過在Cu集流體上簡(jiǎn)單地涂覆微小的Te，在循環(huán)過程中可原位可逆地構(gòu)建無定形的Cu_1.4Te和Cu，從而顯著促進(jìn)離子和電子在電極上的傳輸，進(jìn)而提高了電極動(dòng)力學(xué)和高負(fù)載電極中電化學(xué)活性材料的利用率。

另外，在優(yōu)化的電解液中，0.5 M六氟磷酸鉀（KPF₆）-1,2-二甲氧基乙烷（DME）中的快速K⁺脫溶化動(dòng)力學(xué)改善了K金屬的可逆性和沉積行為，同時(shí)，1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（TTE）添加劑有利于在SEI內(nèi)層形成KF以穩(wěn)定K金屬負(fù)極。

圖2 Te-Cu電極的快速動(dòng)力學(xué)

因此，設(shè)計(jì)良好的鉀金屬電池在-40°C下實(shí)現(xiàn)了1.25 mAh cm^-2的高面積容量，超過了大多數(shù)報(bào)道的低溫電池。此外，作者還成功地制備了一個(gè)質(zhì)量負(fù)載為3 mg cm^-2的軟包電池，它在-40°C下表現(xiàn)出14.2 mAh的高容量。這項(xiàng)工作突出了電極設(shè)計(jì)和電解液工程對(duì)低溫下高面容量的重要性，并代表了向低溫電池實(shí)際應(yīng)用邁出的關(guān)鍵一步。

圖3 K金屬在-40°C超低溫下的性能和表征

Low-Temperature High-Areal-Capacity Rechargeable Potassium Metal Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202205678

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