Near‐Room‐Temperature Quasi‐Solid‐State F‐Ion Batteries with High Conversion Reversibility Based on Layered Structured Electrolyte

材料科学 电解质 氟化物 阴极 电导率 阳极 离子电导率 离子 化学工程 快离子导体 离子键合 无机化学 储能 电极 物理化学 有机化学 热力学 功率(物理) 工程类 化学 物理
作者
Yifan Yu,Meng Lei,Chao Li,Chilin Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (12) 被引量:51
标识
DOI:10.1002/aenm.202203168
摘要

Abstract Solid‐state fluoride ion batteries (SSFIBs) are anion‐shuttle‐driven and alkali‐metal‐free emerging energy storage systems, and have the advantages of low cost, high safety, and energy density. However, the current major challenges of SSFIBs or quasi‐SSFIBs are the lack of high‐conductivity fluoride electrolytes and the difficulty of mild‐temperature operation of full cells. Here, a 2D fluoride conductor (KSn 2 F 5 ) synthesized by mechanochemical method is employed as the compatible solid electrolyte with a high F‐ion conductivity of 10 −4 S cm −1 at 60 °C. The high concentration and frequent hopping of charge carriers in F‐vacancy‐rich KSn 2 F 5 contribute to the higher ionic conductivity compared to most reported fluoride structures. Integrating this layered electrolyte with high‐voltage CuF 2 cathode and Sn/SnF 2 anode, a highly reversible cycling of conversion‐type quasi‐SSFIBs with a discharge capacity of 150 mAh g −1 for at least 70 cycles at 60 °C is achieved. The interface engineering aided by tetra‐ n ‐butylammonium fluoride salt facilitates the F‐ion transfer between cathode and electrolyte and fluorination/defluorination conversion mechanism of CuF 2 cathode with optimized multiphase and nanodomain distributions.
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