湖南大学Angew：有机钾电池新突破：电极 - 电解质极性协同策略

1.研究背景

可充电钾基电池因成本低、电压高且与石墨阳极兼容而有发展前景，有机电极材料虽有诸多优点，但易溶于电解质，影响电池性能。

高浓度电解质可抑制有机阴极溶解，但相关机制不明，且有机电极材料与电解质的协同作用有待探索。

2.电极与电解质极性的协同作用

低极性有机材料在低浓度电解质中，盐反离子屏蔽电荷使溶解度增加，高浓度时自由溶剂分子减少致其沉淀；高极性有机材料随电解质极性增加，因与阳离子配位而溶解度上升。

以 PANI、PTCDA 为低极性和 K₂C₆O₆为高极性有机阴极材料，结合 KFSI - DME 电解质，通过多种表征和模拟发现，PANI 与 K₂C₆O₆在电解质中与各成分有不同静电作用，且电解质浓度影响其溶解度和聚集状态。

3.有机材料的溶解度

通过浸泡实验和 UV - vis 光谱表征，发现 PANI 和 PTCDA 溶解度随电解质浓度先增后减， K₂C₆O₆则持续增加，MD 模拟也证实了这一结果。

如在不同浓度 KFSI:DME 电解质中，PANI 颜色和特征峰强度变化体现其溶解度规律， K₂C₆O₆同理，且模拟展示了它们在不同电解质中的聚集分散情况。

4.电池的电化学性能

PANI||K 电池在高浓度电解质下性能提升，如在特定电压和电流密度下容量、倍率和循环稳定性良好； K₂C₆O₆||K 电池在低极性电解质中循环稳定且容量有竞争力。

PANI||KC8和 PTCDA||KC8软包电池分别在高浓度电解质下展现长循环寿命和高容量，证实选择高极性电解质可抑制低极性有机阴极溶解并提升性能。

图文简介

电极和电解质极性之间的协同作用决定了有机电极的溶解性

有机电极材料与双 (氟磺酰) 亚胺钾（KFSI）-1,2 - 二甲氧基乙烷（DME）电解质分子之间的相互作用

聚苯胺（PANI）和六氧合己酸钾（

）在不同浓度电解质中的溶解度

聚苯胺（PANI）|| 石墨化钾（

）和苝 - 3,4,9,10 - 四羧酸二酐（PTCDA）|| 石墨化钾（

）软包电池的电化学性能。

论文信息

通讯作者： Ling Fan