Angew. Chem. ：用于可持续高压钾离子电池的绿色醚基电解液

环境友好的储能技术是解决当前能源和环境危机的有效措施。醚基电解液与碱金属负极具有良好的兼容性和较高的离子导电性，但传统醚基电解液氧化稳定性差、毒性高，在高压下会导致严重的电解质分解，无法满足下一代可持续电池对高压、安全和长循环寿命的要求。

近日，湖南大学物理与微电子科学学院鲁兵安教授和樊令副教授课题组提出一种绿色醚溶剂，通过合理的碳链分子设计原理来激发空间位阻效应。新型绿色醚溶剂大大降低了溶剂的生物毒性，并调节了电解质的溶剂化结构，为碱金属离子电池提供了可持续的高压电解液。此外，由于电解液的低盐浓度，成本显著降低，具有实用性。

作者利用分子设计原理，对DGM溶剂的结构进行了优化。将DGM的末端基团(-CH₃)扩展为一个更大的空间位阻官能团(-CH₂CH₃)，得到DGT溶剂。将DGT 结构的末端甲基（-CH₃）向中间骨架进一步转移，从而得到了 DMM 溶剂，并探讨了三种溶剂的结构对电池生物安全性和电化学性能的影响。

有机电解质溶剂是电池化学的重要组成部分。然而，一旦电解质泄漏到环境中，它们的高挥发性和毒性会导致严重的生态环境问题。在此，作者采用传统的抑制圈法检测了三种溶剂对大肠杆菌(E. coli)的抗菌性能以及对三种溶剂处理后的大肠杆菌进行了扫描电子显微镜(SEM)表征。此外，通过脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的缺口末端标记法(TUNEL)进一步从细胞水平上详细讨论了这三种溶剂的毒性。

除了生物安全性，电化学性能是绿色电解质的另一个关键参数。值得注意的是，绿色醚基电解液（1M KFSI-DMM）与钾金属和石墨负极具有较好的兼容性。并且1 M KFSI-DMM电解液的氧化电压最高可达~4.8 V，远高于1 M KFSI-DGM电解液(~4.25 V)和1 M KFSI-DGT电解液(~4.37 V)。同时，当使用1 M KFSI-DMM电解液时，K||PB电池的上截止电压最高可达4.5 V。

三种电解质之间的电化学差异，与它们的形态演变、SEI和CEI的组成密切相关。因此，作者采用激光扫描共聚焦显微镜，X 射线光电子能谱（XPS）以及透射电镜(TEM)对三种电解质在循环过程中形成的SEI和CEI进行了表征。证据表明，在1 M KFSI-DMM电解液中循环时，可以观察到薄而均匀的SE和CEI，从而增强了电化学稳定性。

论文信息

Green Ether Electrolytes for Sustainable High-voltage Potassium Ion Batteries

Xuemei Ma, Hongwei Fu, Jingyi Shen, Dianwei Zhang, Jiawan Zhou, Chunyi Tong, Apparao M. Rao, Jiang Zhou, Ling Fan, and Bingan Lu

文章的第一作者是湖南大学的博士研究生马雪梅。

湖南大学鲁兵安课题组主要从事储能材料与器件的研究，长期招收博士后，欢迎有志于从事高水平研究的博士后加入，联系方式 luba2012@hnu.edu.cn。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202312973