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鉀硫(K-S)電池正在成為一種低成本、高容量的儲能技術。然而，傳統的K-S電池存在兩個尚未成功解決的關鍵問題：多硫化鉀(KPS)溶解到液態電解質中以及在K金屬負極上形成K枝晶，這導致循環效率不足和可逆容量較低。

韓國漢陽大學Yang-Kook Sun、全南大學Jaekook Kim、Jang-Yeon Hwang等報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）組成的高容量和長循環壽命的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(CIP)和聚集體(AGG)通過減少溶劑分離離子對(SSIP)和游離溶劑分子的數量來主導HCE的溶劑化結構。這些特征允許在K金屬表面上形成堅固的SEI，其中包括FSI^–陰離子衍生的富含KF的分解產物，而不是有機組分。

此外，HCE降低了靠近電極表面的K離子耗盡程度，從而在K金屬表面上觸發均勻的法拉第電流密度；這通過抑制K電沉積過程中的枝晶生長來穩定K金屬負極。

圖2. 半電池性能

在正極側，SPAN通過與C主鏈共價鍵合轉變為短鏈S，抑制了可溶性多硫化物的形成，這在金屬硫電池中是一個嚴重的問題。因此，所提出的采用HCE和SPAN正極的K-S電池在實用S負載下表現出前所未有的高面積容量、循環穩定性和功率容量。

盡管擬議電池的實際使用需要進一步的工作，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技術。作者相信這里展示的結果將有助于在開發高能量和高性能K-S電池系統方面向前邁出一步。

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

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