Green Ether Electrolytes for Sustainable High‐voltage Potassium Ion Batteries

电解质 阴极 法拉第效率 阳极 化学 无机化学 溶剂 溶剂化 化学工程 乙醚 电导率 材料科学 有机化学 电极 物理化学 工程类
作者
Xiaolong Ma,Hongwei Fu,Jingyi Shen,Mengjie Zhang,Jun Zhou,Chunyi Tong,Apparao M. Rao,Jiang Zhou,Ling Fan,Bingan Lu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (49)
标识
DOI:10.1002/anie.202312973
摘要

Ether-based electrolytes are promising for secondary batteries due to their good compatibility with alkali metal anodes and high ionic conductivity. However, they suffer from poor oxidative stability and high toxicity, leading to severe electrolyte decomposition at high voltage and biosafety/environmental concerns when electrolyte leakage occurs. Here, we report a green ether solvent through a rational design of carbon-chain regulation to elicit steric hindrance, such a structure significantly reducing the solvent's biotoxicity and tuning the solvation structure of electrolytes. Notably, our solvent design is versatile, and an anion-dominated solvation structure is favored, facilitating a stable interphase formation on both the anode and cathode in potassium-ion batteries. Remarkably, the green ether-based electrolyte demonstrates excellent compatibility with K metal and graphite anode and a 4.2 V high-voltage cathode (200 cycles with average Coulombic efficiency of 99.64 %). This work points to a promising path toward the molecular design of green ether-based electrolytes for practical high-voltage potassium-ion batteries and other rechargeable batteries.
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