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電解質(zhì)中K⁺運(yùn)動(dòng)的高自由度（DOF）是可取的，因?yàn)橛纱水a(chǎn)生的高離子電導(dǎo)率有助于改善鉀離子電池（PIB），但這需要高自由度和易燃有機(jī)溶劑分子的支持，會(huì)嚴(yán)重影響電池安全。

?魯兵安NML：K+通量整流電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)安全長(zhǎng)壽命鉀離子電池

圖1 K⁺通量整流電解質(zhì)的特性

湖南大學(xué)魯兵安等創(chuàng)新了一種具有一維納米通道的電解質(zhì)，將K⁺通量從原來(lái)的無(wú)序運(yùn)動(dòng)（DOF = 3）調(diào)整為一維運(yùn)動(dòng)（DOF = 1），同時(shí)避免了因K⁺運(yùn)動(dòng)形式的改變（如跳躍）而導(dǎo)致的離子電導(dǎo)率的顯著下降。

作者將其稱為K⁺通量整流電解質(zhì)，它有助于提高PIB的安全性、氧化穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性。

具體來(lái)說(shuō)，K||K和K||Cu電池實(shí)現(xiàn)了數(shù)千次循環(huán)，庫(kù)侖效率超過(guò)99%。K||石墨電池的循環(huán)壽命為1,500次，容量保持率為74.7%。對(duì)于可溶性有機(jī)正極（3,4,9,10-苝四羧酸二亞胺，PTCDI），其循環(huán)壽命延長(zhǎng)至2,100次。

圖2 鉀金屬和石墨負(fù)極的電化學(xué)性能

此外，基于這種策略的石墨||PTCDI全電池也實(shí)現(xiàn)了多方面的高性能（在1000次循環(huán)中，每次循環(huán)的平均容量衰減率為0.034%；庫(kù)侖效率超過(guò)99%）。作者還制備了一種2.18 Ah的軟包電池，他在100次循環(huán)后容量變化很小。

另外，K⁺通量整流電解質(zhì)還實(shí)現(xiàn)了柔性纖維電池的制造，這種電池即使被切割成三塊也能正常工作。總體而言，這項(xiàng)研究從全新的DOF角度提出了高性能電解質(zhì)的設(shè)計(jì)策略。

圖3 全電池性能

Trimming the Degrees of Freedom via a K+ Flux Rectifier for Safe and Long-Life Potassium-Ion Batteries. Nano-Micro Letters 2023. DOI: 10.1007/s40820-023-01178-3

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