Synergistic Co‐Solvents Enabled Stable Fast‐Kinetics Calcium Plating/Stripping in Electrolytes With Strongly Coordinating Anions

过电位 电解质 氧化还原 动力学 电镀(地质) 材料科学 金属 无机化学 齿合度 化学工程 工作(物理) 离子 电极
作者
Xuedong He,Huawei Song,Chengxin Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.77371
摘要

ABSTRACT Calcium (Ca) metal batteries are challenged by sluggish and unstable Ca plating/stripping in electrolytes with strongly coordinating anions. In the conventional calcium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (Ca(TFSI) 2 )/dimethoxyethane (DME) electrolyte, the large barriers to shed coordinated TFSI – and traverse the CaF 2 ‐rich interphases lead to a plating overpotential exceeding 1.5 V at 0.02 mA cm −2 . In contrast, this work demonstrates that synergistic tris(trimethylsilyl)borate (TMSB) and 2‐methoxyethylamine (MOEA) co‐solvents effectively weaken Ca 2+ –TFSI − coordination by Lewis acid–base interactions and strong bidentate coordination of MOEA with Ca 2+ , while promoting the formation of Ca 2 Si‐rich, kinetically favorable interphases via electron‐rich Si sites. Consequently, the optimized electrolyte enables substantially improved Ca metal redox kinetics and cycling stability, delivering an initial plating overpotential of 0.3 V and stable plating/stripping for over 350 h at 0.02 mA cm −2 with slight potential drift. It also exhibits good rate capability over 0.02–0.2 mA cm −2 , maintaining overpotentials below 0.8 V. This work highlights the crucial role of multi‐solvent synergy in optimizing interfacial stability and redox kinetics for calcium‐metal anodes.

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