钾离子电池具有成本低廉，资源丰富以及具备潜在的高电压窗口，在大规模储能领域展现出巨大潜力。电解液对于电池的性能有着显著的影响，醚基电解液因为能够有效溶解钾盐并提供较高的离子电导率而备受关注。但是这类电解液也存在着明显的不足：抗氧化能力较弱、与石墨负极材料的兼容性较差。这大大限制了其在电池系统中的应用。
针对这一问题，本文提出了一种潜溶电解液设计策略，通过离子-偶极子相互作用打破了盐的溶解限制，显著增大了富阴离子的溶剂化团簇尺寸，有效形成了稳定的电极-电解液界面，提高了电解液与高压电极的兼容性。相关研究发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR），湖南大学沈梦康和上海科技大学戴中钦博士为论文共同第一作者，湖南大学鲁兵安教授，樊令副教授和中国科学院上海高等研究院孙凡飞副研究员为共同通讯作者。
研究团队从药学中常用的潜溶现象出发，对混合溶剂进行了挑选，并精确调整各溶剂所占比例，使之能够增强对盐的溶解能力。根据分析，盐的溶解度提升能够促进更多的阴离子进入初级溶剂化壳层，并增加溶剂化团簇（AGGs）数量，这一过程直接关联到电解液微观结构的优化与重构，是设计适用于高压电池电解液的关键因素之一。
潜溶电解液设计策略
原位同步辐射广角X射线散射实验表明，随着KFSI溶解逐渐增加，光谱中位于0.81 Å-1处的峰逐渐向较低的Q值移动，表明团簇尺寸增加，与先前分析一致。此外，在恒定的浓度下，增加DBE的含量，团簇变大；在恒定的比例下，增加浓度，团簇变大。较大的溶剂化团簇有利于形成有效的电极-电解液界面，增强高压稳定性。
（a）原位同步辐射广角X射线散射（WAXS）实验装置示意图；（b）随着盐逐渐溶解的WAXS曲线；（c）在恒定的浓度下，增加DBE的含量时，WAXS曲线的变化；（d）在恒定的比例下，增加浓度时，WAXS曲线的变化。
线性扫描伏安法测试和4.5 V恒电压腐蚀实验表明，潜溶电解液展现出卓越的氧化稳定性，在高压下，能够有效抑制对铝箔的腐蚀，保持表面光滑平整。在2-4.5 V的电压范围下，K||PB电池能够稳定循环超700次，容量保持率高达91.9%，平均库仑效率达99.2%。
（a）三种电解液的线性扫描伏安曲线；（b）铝箔在三种电解液下的腐蚀；（c）K||PB电池在CHVE和LHCE中的循环性能和（d）充放电曲线。
潜溶现象作为一种有效的调节溶剂化结构的手段，在高性能电解液设计中展现出巨大潜力。该策略可扩展至多种常见的醚基溶剂，如1,2-二乙氧基乙烷（DEE）和1,2-二甲氧基乙烷（DME），这些溶剂本身在高压条件下的稳定性有限。在经过潜溶现象调节之后，两者的抗氧化性都得到了很大的提升。这些结果证明了潜溶电解液设计策略在不同溶剂体系中的广泛适用性和有效性。
（a）DEE/DME和DBE混合电解液中存在潜溶现象的光学照片。（b）CHVE-1和CHVE-2的线性扫描伏安曲线。
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https://doi.org/10.1093/nsr/nwae359
