清华大学康飞宇翟登云EES综述：深入理解钾离子

作者：张馨予

清华大学康飞宇&翟登云EES综述：深入理解钾离子电池的固态电解质界面（SEI）

CYM 2年前 (2020-10-01) 6110浏览

【引言】

钾离子电池（PIBs）因钾资源自然丰度高、成本低廉和电极电位（-2.93V）低，成为大规模储能的候选体系而备受关注。溶剂化钾离子较小的斯托克斯半径决定了PIBs电解液具有较快的离子传输能力，此外，K+可以可逆地嵌入/脱出石墨，使锂离子电池（LIBs）负极石墨材料在PIBs中应用成为可能。固态电解质界面（SEI）被认为是LIBs中最重要的界面，它来源于负极材料与电解液在固液相界面上的反应。SEI对电池的库仑效率、循环稳定性及安全性都具有至关重要的作用。从石墨负极、硅负极到其他氧化物负极材料，SEI层在LIBs中被广泛研究。然而，目前对PIBs的SEI研究非常有限，理解严重不足，这阻碍了PIBs的发展。

近日，清华伯克利深圳学院（TBSI）康飞宇教授和清华大学深圳国际研究生院翟登云副教授系统总结并详尽分析了钾离子SEI的理化特性、形成机理和对应的电解质选择和改性策略。作者从钾离子SEI的特殊性入手，以对比的视角剖析了其与锂离子和钠离子SEI在化学组成和结构上的差异，重点分析了钾离子SEI的溶解和聚合特性。同时，作者讨论了石墨负极在酯类和醚类电解液中不同的SEI界面反应机理，首次讨论了醚类电解液中石墨表面SEI的存在性。作者总结了PIBs中盐阴离子的演化、盐的浓度和添加剂的选择，列述了不同电解液体系的SEI的组成、形貌和电化学性质。此外，分析了碳负极、合金型负极和转换型负极等体积变化显著的负极材料表面形成的SEI的力学稳定性，强调了金属钾负极构建人工SEI层的必要性。最后，作者详细介绍了负极的主要挑战，并讨论了PIBs进一步发展新的研究方向。相关研究成果以“Solid Electrolyte Interphase (SEI) in Potassium Ion Batteries”为题发表在Energy Environ. Sci.上。该论文第一作者是清华伯克利深圳学院（TBSI）在读博士研究生王扈炜。

【图文导读】

图一、固态电解质界面示意图及本综述所讨论的主题