6.0 V High‐Voltage and Concentrated Electrolyte toward High Energy Density K‐Based Dual‐Graphite Battery

材料科学 电解质 阳极 电池(电) 插层(化学) 阴极 储能 石墨 电流密度 溶解 离子 无机化学 化学工程 复合材料 电极 热力学 物理化学 有机化学 功率(物理) 物理 工程类 化学 量子力学
作者
Xiang Li,Xuewu Ou,Yongbing Tang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (41) 被引量:102
标识
DOI:10.1002/aenm.202002567
摘要

Abstract K‐based dual‐carbon batteries (K‐DCBs) integrate the advantages, including high‐voltage, low‐cost, and environmentally friendliness of dual‐ion batteries (DIBs), and large abundance of K, thus attracting much attention in large‐scale energy storage application. However, most currently used electrolytes based on KPF 6 and carbonate solvents commonly suffer from poor oxidation potential (<4.4 V vs Li/Li + ) and low electrolyte concentration (<1 m), which limit the cycling stability and energy density of K‐DCBs. Herein, after a matching behavior study of various electrolyte solvents with potassium salts, a concentrated electrolyte is developed by successfully dissolving 5.2 m potassium bis(fluorosulfonyl)imide into tetramethylene sulfone. This high‐concentration electrolyte exhibits advantages: 1) high oxidation potential that enhances intercalation reversibility and capacity of FSI − anions; 2) improved K + storage at graphite anode; 3) dramatically increased energy density of K‐DCB. A proof‐of‐concept K‐ion dual‐graphite battery based on this high‐concentration electrolyte displays a discharge capacity of 83.4 mAh g −1 at 100 mA g −1 , and negligible capacity fading after 300 cycles. Furthermore, considering both the electrolyte and electrode materials, energy density of such K‐DCB reaches ≈130 Wh kg −1 , the best performance of K‐DCBs among previously reported research.
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