Ultrastable Dendrite-Free Potassium Metal Batteries Enabled by Weakly-Solvated Electrolyte

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作者
Ping Gao,Fei Zhang,Xingchao Wang,Miaomiao Wu,Qian Xiang,Aikai Yang,Ying Sun,Jixi Guo,Yudai Huang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (20): 20325-20333 被引量:44
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c06368
摘要

Potassium (K) metal is considered one of the most promising anodes for potassium metal batteries (PMBs) because of its abundant and low-cost advantages but suffers from serious dendritic growth and parasitic reactions, resulting in poor cyclability, low Coulombic efficiency (CE), and safety concerns. In this work, we report a localized high-concentration electrolyte (LHCE) consisting of potassium bis(fluorosulfonyl)imide (KFSI) in a cosolvent of 1,2-dimethoxyethane (DME) and 1,1,2,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (TTE) to solve the problems of PMBs. TTE as a diluent not only endows LHCE with advantages of low viscosity, good wettability, and improved conductivity but also solves the dendrite problem pertaining to K metal anodes. Using the formulation of LHCE, a CE of 98% during 800 cycles in the K||Cu cell and extremely stable cycling of over 2000 h in the K||K symmetric cell are achieved at a current density of 0.1 mA cm-2. In addition, the LHCE shows good compatibility with a Prussian Blue cathode, allowing almost 99% CE for the K||KFeIIFeIII(CN)6 full cell during 100 cycles. This promising electrolyte design realizes high-safety and energy-dense PMBs.
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