Unlocking Fast Potassium Ion Kinetics: High‐Rate and Long‐Life Potassium Dual‐Ion Battery for Operation at −60 °C

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作者
Xia Yang,Fu‐Da Yu,Dan Nie,Yunshan Jiang,Mei‐Yan Sun,Lan‐Fang Que,Lan‐Fang Que,Liang Deng,Liang Deng,Lei Zhao,Lei Zhao,Qianyu Zhang,Qianyu Zhang,Zhen‐Bo Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (38): e202406765-e202406765 被引量:16
标识
DOI:10.1002/anie.202406765
摘要

Energy storage devices operating at low temperatures are plagued by sluggish kinetics, reduced capacity, and notorious dendritic growth. Herein, novel potassium dual-ion batteries (PDIBs) capable of superior performance at -60 °C, and fabricated by combining MXenes and polytriphenylamine (PTPAn) as the anode and cathode, respectively, are presented. Additionally, the reason for the anomalous kinetics of K+ (faster at low temperature than at room temperature) on the Ti3C2 anode is investigated. Theoretical calculations, crossover experiments, and in situ XRD at room and low temperatures revealed that K+ tends to bind with solvent molecules rather than anions at subzero temperatures, which not only inhibits the participation of PF6 - in the formation of the solid electrolyte interphase (SEI), but also guarantees co-intercalation behavior and suppresses undesirable K+ storage. The advantageous properties at low temperatures endow the Ti3C2 anode with fast K+ kinetics to unlock the outstanding performance of PDIB at ultralow temperatures. The PDIBs exhibit superior rate capability and high capacity retention at -40 °C and -60 °C. Impressively, after charging-discharging for 20,000 cycles at -60 °C, the PDIB retained 86.7 % of its initial capacity. This study reveals the influence of temperatures on MXenes and offers a unique design for dual-ion batteries operating at ultralow temperatures.
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