A Liquid‐Metal‐Enabled Versatile Organic Alkali‐Ion Battery

材料科学 碱金属 电池(电) 有机自由基电池 液态金属 离子 无机化学 纳米技术 有机化学 冶金 量子力学 物理 功率(物理) 化学
作者
Yu Ding,Xuelin Guo,Yumin Qian,Leyuan Zhang,Leigang Xue,John B. Goodenough,Guihua Yu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:31 (11) 被引量:108
标识
DOI:10.1002/adma.201806956
摘要

Abstract Despite the high specific capacity and low redox potential of alkali metals, their practical application as anodes is still limited by the inherent dendrite‐growth problem. The fusible sodium–potassium (Na–K) liquid metal alloy is an alternative that detours this drawback, but the fundamental understanding of charge transport in this binary electroactive alloy anode remains elusive. Here, comprehensive characterization, accompanied with density function theory (DFT) calculations, jointly expound the Na–K anode‐based battery working mechanism. With the organic cathode sodium rhodizonate dibasic (SR) that has negligible selectivity toward cations, the charge carrier is screened by electrolytes due to the selective ionic pathways in the solid electrolyte interphase (SEI). Stable cycling for this Na–K/SR battery is achieved with capacity retention per cycle to be 99.88% as a sodium‐ion battery (SIB) and 99.70% as a potassium‐ion battery (PIB) for over 100 cycles. Benefitting from the flexibility of the liquid metal and the specially designed carbon nanofiber (CNF)/SR layer‐by‐layer cathode, a flexible dendrite‐free alkali‐ion battery is achieved with an ultrahigh areal capacity of 2.1 mAh cm −2 . Computation‐guided materials selection, characterization‐supported mechanistic understanding, and self‐validating battery performance collectively promise the prospect of a high‐performance, dendrite‐free, and versatile organic‐based liquid metal battery.
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