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La nueva fórmula de electrolito Kurun eficiencia del 98%
Jul 21, 2017

Las baterías secundarias de potasa son reconocidas como candidatos prometedores para futuras tecnologías de almacenamiento de energía debido a su disponibilidad de recursos, bajo costo y suficiente voltaje de la batería. El equipo de Yiying Wu en la Universidad Estatal de Ohio informó una batería de K-O2 con una energía específica de 935Wh / kg en 2013. Desde entonces, las personas han comenzado a estudiar reduciendo el electrodo de metal K sobre los efectos secundarios, mejorando así la estabilidad del ciclo.


Se ha informado que diferentes materiales positivos y negativos de la batería secundaria de potasio, en comparación con los materiales carbonosos, aleaciones o compuestos integrados, el uso directo de potasio como un electrodo negativo puede proporcionar una mayor capacidad específica. Sin embargo, K metal tiene alta reactividad al electrolito, y la deposición reversible y eliminación de K en el electrolito sigue siendo un reto importante y requiere una interfaz de electrolito sólido fuertemente pasivado (SEI) para estabilizar la superficie de metal de potasio para lograr los objetivos anteriores.


El equipo de Yiying Wu en la Universidad Estatal de Ohio demostró por primera vez que se puede lograr un depósito / decapado de K largo y altamente reversible en el electrolito de bisfluorosulfonilimida de potasio (KFSI) - dimetil éter (DME). En ausencia de cualquier revestimiento de superficie o modificación de la membrana, el electrodo negativo de K metal se depositó y peló a una alta eficacia culombáica (~ 99%) en 200 ciclos.


Caracterización adicional confirmada (XPS y NMR), SEI homogéneo estaba compuesto principalmente por el producto de reacción entre K metal y KFSI, así como el formiato y el acetato de la descomposición de DME. Finalmente, la ventana electroquímica del electrolito KFSI-DME puede extenderse a 5V (frente a K / K +) ajustando su concentración.


La reversibilidad del proceso de deposición / disolución de K en diversos electrolitos se evaluó realizando un experimento de ciclo termostático. Con K como electrodo, cobre puro como electrodo de trabajo y celda de botón de ensamblaje del diafragma Celgard. En los diferentes electrolitos probados, KFSI-DME es la única formulación que puede usarse para la deposición y desprendimiento de K reversible a largo plazo.


KPF6-DME 1 M, KTFSI-DME 1 M y KPF6-EC / DEC 0.8 M no son capaces de realizar deposición / desprendimiento de K reversible y fallan debido a la baja capacidad de decaimiento y baja eficiencia del culombio, lo que resulta en una falla de la batería en 10-20 ciclos. Por el contrario, los electrolitos KFSI-DME que usan dilución (relación molar = 0.1) y concentración (relación molar = 0.5) pueden alcanzar 99% de eficiencia culombáltica alta en más de 100 ciclos.


Las Figuras 1b yc son las curvas de carga-descarga de corriente constante y el rendimiento cíclico de la semicelda K / Cu en el electrolito KFSI / DME = 0.1. Debido a la reacción secundaria inicial entre el KFSI-DME y el metal K altamente reducible, la eficiencia de Coulomb fue inferior al 90% en los primeros cinco ciclos. Sin embargo, la formación de película SEI para evitar el consumo continuo de electrolitos, con el progreso del ciclo, la eficiencia de Coulomb continúa mejorando, y en última instancia, el 99%.


A 4 mA / cm2, una vez que el K restante se acumula en el lado del electrodo de Cu, la curva de carga deja de curvarse (una línea recta), lo que da como resultado el comportamiento de la batería simétrica K / K. La alta eficiencia de Coulomb de KFSI / DME = 0.5 de electrolito en el ciclo inicial puede deberse al hecho de que el metal de potasio reduce menos moléculas de DME libres.

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