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中科大馬騁Small：高電導(dǎo)率和優(yōu)異電化學(xué)穩(wěn)定性的氟離子導(dǎo)電固體電解質(zhì)

固態(tài)氟離子電池（FIB）繞過(guò)了鋰離子電池的多個(gè)強(qiáng)大瓶頸，但由于缺乏合適的固體電解質(zhì)，其整體性能仍然較差。目前，大多數(shù) FIB 固體電解質(zhì)的電導(dǎo)率太低，無(wú)法進(jìn)行室溫循環(huán)，而少數(shù)足夠?qū)щ姷墓腆w電解質(zhì)由于電化學(xué)穩(wěn)定性窗口 (ESW) 較窄，只能允許非常低的放電電壓。

在此，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授等人報(bào)道了一種F離子導(dǎo)電固體電解質(zhì)CsPb_0.9K_0.1F_2.9 (PK10)，它顯示了高離子電導(dǎo)率和優(yōu)異電化學(xué)穩(wěn)定性的罕見(jiàn)組合。其室溫電導(dǎo)率達(dá)到1.23×10^-3 S cm^-1，可與文獻(xiàn)中導(dǎo)電性最強(qiáng)的系統(tǒng)PbSnF₄(5.44 × 10^-4~1.6×10^-3 S cm^-1) 相媲美，而ESW高達(dá)1.8 V，大大超過(guò)了其他高導(dǎo)電系統(tǒng)（BaSnF₄和PbSnF₄的ESW非常窄，分別為0.45和0.53 V）。因此，PK10可以被認(rèn)為是目前最理想的室溫FIB固體電解質(zhì)。

圖1. PK10的電化學(xué)穩(wěn)定性

憑借在固體電解質(zhì)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)的這些吸引人的特性，作者成功構(gòu)建了比文獻(xiàn)中其他室溫可操作的固態(tài)FIB具有更高電壓的電池（Ag/PK10/Pb-PbF₂），并被證明具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性。

電池容量在反復(fù)充放電過(guò)程中幾乎沒(méi)有下降，在循環(huán)4581小時(shí)后容量仍保持在140 mAh g^-1左右的高值。因此，該研究發(fā)現(xiàn)的這種同時(shí)具有高電導(dǎo)率和寬ESW的 PK10 固體電解質(zhì)開(kāi)辟了一條通往能量密集、安全的FIB的新途徑。

圖2. PK10形成的電池的室溫性能

A Fluoride-Ion-Conducting Solid Electrolyte with Both High Conductivity and Excellent Electrochemical Stability, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202104508

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