应化所：电解质分子间相互作用介导的不易燃钾离子硫电池

在钾离子电池（PIB）中，设计与石墨电极兼容并具有阻燃性能的电解质不仅能促进其商业化，还能提高其安全可靠性。然而，该方向仍具有挑战性，尤其是以碳酸丙烯酯（PC）为基础的电解质。

在此，中国科学院长春应用化学研究所明军团队通过引入氟醚，在 PC 基电解质中实现了 K+与石墨的高度可逆（脱）插层。作者通过HOESY（Heteronuclear Overhauser Effect Spectroscopy）确定了氟醚（如 1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚 (HFE)、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚 (TFTFE)）与 PC 之间形成的相互作用强度。结果显示，HFE 与 PC 之间的相互作用更强，可显著削弱 K+ 与 PC 之间的相互作用，从而促成 K+（脱）插层可逆性，并赋予电解质不易燃的特性。此外，作者提出的界面模型中，K+-溶剂阴离子复合物的动力学和热力学性质可以阐明电解质和电极的稳定性，从而使设计的钾离子硫电池显示出高性能。图1. 电解质的界面模型和理论模拟

总之，该工作通过引入氟醚作为稀释剂来调节溶剂与溶剂之间的相互作用开发出了一种不易燃、低浓度、与石墨兼容的 PC 基电解质。作者不仅通过 1H-19F HOESY 发现了氟醚（即 HFE、TFTFE）与 PC 溶剂之间的分子界面互作用差异，还提出了一个界面模型来阐明电解质的可结合性和石墨电极性能的改善，特别是基于 K+ - 溶剂和 K+ - 溶剂 - 阴离子复合物的动力学和热力学性质的变化。

研究发现，氟醚可以通过偶极-偶极相互作用与 PC 溶剂相互作用，从而减弱 K+ 与 PC 的相互作用，降低去溶剂化能，进而促进 K+ 的可逆（脱）插层，使设计的钾离子硫电池在宽温度范围内表现出高性能。因此，该项工作主要强调了电池中被忽视的溶剂界面互作用的重要性，有助于在分子水平上加深对电解质的理解，并为电解质的设计提供有益的指导。

图2. 电池性能

Electrolyte Intermolecular Interaction Mediated Nonflammable Potassium-Ion Sulfur Batteries, ACS Energy Letters 2024

世良情感网

应化所：电解质分子间相互作用介导的不易燃钾离子硫电池

MS杨站长