Electrolyte Optimization and Interphase Regulation for Significantly Enhanced Storage Capability in Ca‐Metal Batteries

材料科学 碳酸乙烯酯 过电位 电镀(地质) 电解质 溶解 相间 碳酸二乙酯 化学工程 盐(化学) 剥离(纤维) 无机化学 电池(电) 电化学 电极 化学 复合材料 有机化学 功率(物理) 物理化学 工程类 地质学 物理 生物 量子力学 遗传学 地球物理学
作者
Huawei Song,Yan Li,Fei Tian,Chengxin Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (21) 被引量:50
标识
DOI:10.1002/adfm.202200004
摘要

Abstract Electrolyte solvent, salt, and additive directly determine many battery indicators such as voltage limit, safe reliability, and temperature limit. In Ca‐metal batteries, suitable electrolyte and interphase are necessary to achieve reversible calcium plating/stripping, which is challenging for F‐based salts at room temperature. Ion transport and charge transfer in calcium batteries with Ca(BF 4 ) 2 ‐NaPF 6 electrolyte are regulated for the first time by altering solvent and salt categories and ratios, achieving adjustable interphase species and microstructure, calcium deposition/dissolution overpotentials, and cycling stability. The optimized electrolyte of 0.1 m Ca(BF 4 ) 2 ‐0.9 m NaPF 6 in ethylene carbonate/diethyl carbonate/dimethyl carbonate/ethyl methyl carbonate (7:1:6:6, v/v) contributes to the most stable Ca plating/stripping cycling and the weakest overpotential, as well as Na/Ca‐based hybrid solid electrolyte interphases including proper amount of organic matter. Ca‐metal batteries with the optimized electrolyte achieve an ultrahigh reversible capacity of ≈ 290 mAh g −1 (at 200 mA g −1 and 1.2–4.5 V), almost four times more than that of counterpart ones ( ≈ 65 mAh g −1 ), equivalent to energy/power performance of ≈ 616 Wh kg −1 at 429 W kg −1 among the best ones for multivalent ion rechargeable metal batteries.
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