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?Adv. Sci.:循環達5萬次!超穩定快充和耐高溫可充鉀電池!

本文展示了一種基于豐富和可持續的有機電極材料(OEM)和鉀資源的無過渡金屬全有機可充鉀電池(RPB),以用于快速充電和高溫應用。

?Adv. Sci.:循環達5萬次!超穩定快充和耐高溫可充鉀電池!
開發快速充電、高溫和可持續的電池對于在電動汽車、電網規模的電能存儲和高溫地區大規模部署儲能設備至關重要。
喬治梅森大學 Chao Luo等展示了一種基于豐富和可持續的有機電極材料(OEM)和鉀資源的無過渡金屬全有機可充鉀電池(RPB),以用于快速充電和高溫應用。
?Adv. Sci.:循環達5萬次!超穩定快充和耐高溫可充鉀電池!
圖1. 全有機電池中的氧化還原反應示意圖
具體而言,作者使用四羥基-1,4-苯醌鉀鹽/N摻雜石墨烯(TBPS/NG)作為負極,聚苯胺/N摻雜石墨烯(PANI/NG)作為正極。在全有機PRB中,高導電性的NG被用于正極和負極,以增加導電性,適應巨大的體積變化,并在反復的鉀化/脫鉀化過程中保持有機電極的結構完整性。
此外,由于二乙二醇二甲醚(DEGDME)的高沸點(162℃)和低揮發性,以及可形成穩定的K2CO3和富含KF的SEI,所以采用了高濃度的電解液,即2.8 M KPF6,以進一步提高全有機RPB的性能。穩定的電解液和SEI對于快速充電和高溫的全有機RPB的穩定性是至關重要的。此外,高濃度的電解液還減輕了OEM的溶解,進一步提高了長期循環穩定性。
?Adv. Sci.:循環達5萬次!超穩定快充和耐高溫可充鉀電池!
圖2. 室溫下RPB中TBPS/NG負極的電化學性能
因此,在室溫下,全有機RPB在50 mA g-1時可提供188.1 mAh g-1的高比容量,在1 A g-1和5 A g-1時可提供6000和50000次循環的超長壽命,展示了一種超穩定和快速充電的全有機電池。
即使在70-100℃下,高質量負載(6.5 mg cm-2)的全有機RPB仍表現出高達2A g-1的高倍率能力和500次循環的長壽命,展示了其卓越的高溫性能??傊?,這項工作中展示的電池配置顯示了在極端條件下可持續電池實際應用的巨大前景。
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圖3. 低質量負載全有機RPB的室溫電化學性能
A Fast-Charging and High-Temperature All-Organic Rechargeable Potassium Battery. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202106116

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