A 5 V ultrahigh energy density lithium metal capacitor enabled by the fluorinated electrolyte

材料科学 电解质 锂(药物) 阳极 阴极 电化学 磷酸钒锂电池 化学工程 物理化学 电极 医学 工程类 内分泌学 化学
作者
Lei Tan,Xing Huang,Ti Yin,Yaqin Guo,Tianxiang Ning,Yu Mei,Kang‐Yu Zou,Lingjun Li,Xiaobo Ji,Guoqiang Zou
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:71: 103692-103692 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103692
摘要

Lithium metal capacitor (LMC), incorporating a redox-type lithium metal anode and a capacitive-type carbon cathode, delivers a combination of high energy and power characteristics, which is regarded as a promising electrochemical energy storage system. However, the unstable interface stability of lithium anode and the unclear capacitive mechanism of carbon cathode seriously restrict the advancement of LMC. Herein, an all-fluorinated electrolyte with high voltage stability has been designed for engineering 5 V LMC. It is noticed that a high-quality LiF-rich solid electrolyte interphase derived from all-fluorinated electrolyte effectively improves the interfacial stability of lithium metal anode, boosting the reversible Li plating/stripping behavior and suppressing dendrite growth. Moreover, analyzed by the thermodynamic perspective, the stable PF6−(FEC)2(FEMC)4 configuration with the lowest solvation energy mainly exists in the all-fluorinated electrolyte, which reveals that the suitable pore size distribution (1.3–4.6 nm) can ensure the strong adsorption/desorption process. Endowed by the all-fluorinated electrolyte, the established 5 V LMC paired with an optimized porous carbon sheet cathode manifests excellent electrochemical performances with an ultrahigh energy density of 537.6 Wh kgcathode−1 and a large power density of 17,500 W kgcathode−1. This elaborate work affords in-depth insights based on fluorinated electrolyte strategy into the fabrication guidance of LMC.
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