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鉀離子電池（PIBs）由于其價格和資源優勢，是電化學儲能應用中非常有前景的技術，但PIBs的發展仍處于起步階段。一個主要障礙是對PIB中固體電解質中間相 (SEI) 了解不足，這反映了電解液和電極的兼容性和可行性。

為了克服直接觀察鉀基SEI的障礙，澳大利亞阿德萊德大學郭再萍教授及南方科技大學谷猛副教授、韓兵等人開發了冷凍電鏡(cryo-TEM) 超低劑量成像技術，它能夠對電子束敏感的鉀金屬和SEI在天然狀態下進行原子級化學成像。作者發現，鉀基SEI由散布著無定形的各種無機相（≈數百納米）的大支架組成，這與鋰基SEI中形成的微小納米晶無機相（≈幾納米）不同。

圖1. 含VC添加劑的磷酸鹽基電解液中K枝晶和SEI成像

此外，作者還發現傳統的碳酸酯基電解液會導致SEI中形成大量K₄CO₄、KHCO₃和厚有機相，降低電池性能；基于有機磷酸鹽的電解液誘導SEI中KPO₃、K₂SO₄和 K₂(SO2)₃薄層的形成，提高循環壽命。

將碳酸酯基 (VC) 添加劑添加到磷酸鹽基電解液中會產生KCO₃、K₂S和KOH等產物，導致電池失效。這種對鉀基SEI的直接觀察提供了對PIBs的全新理解，這將有力地推動PIBs在未來向實際應用的發展。

圖2. 三種電解液中K枝晶的EDS光譜

Enabling Atomic-Scale Imaging of Sensitive Potassium Metal and Related Solid Electrolyte Interphases Using Ultralow-Dose Cryo-TEM, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202102666

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郭再萍/谷猛/韓兵AM: 冷凍電鏡，鉀離子電池SEI的原子級超低劑量成像

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