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鉀離子電池（PIBs）由于其價格和資源優(yōu)勢，是電化學(xué)儲能應(yīng)用中非常有前景的技術(shù)，但PIBs的發(fā)展仍處于起步階段。一個主要障礙是對PIB中固體電解質(zhì)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(xué)郭再萍教授及南方科技大學(xué)谷猛副教授、韓兵等人開發(fā)了冷凍電鏡(cryo-TEM) 超低劑量成像技術(shù)，它能夠?qū)﹄娮邮舾械拟浗饘俸蚐EI在天然狀態(tài)下進(jìn)行原子級化學(xué)成像。作者發(fā)現(xiàn)，鉀基SEI由散布著無定形的各種無機(jī)相（≈?jǐn)?shù)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(jī)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(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的碳酸酯基電解液會導(dǎo)致SEI中形成大量K₄CO₄、KHCO₃和厚有機(jī)相，降低電池性能；基于有機(jī)磷酸鹽的電解液誘導(dǎo)SEI中KPO₃、K₂SO₄和 K₂(SO2)₃薄層的形成，提高循環(huán)壽命。

將碳酸酯基 (VC) 添加劑添加到磷酸鹽基電解液中會產(chǎn)生KCO₃、K₂S和KOH等產(chǎn)物，導(dǎo)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?qū)嶋H應(yīng)用的發(fā)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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