鉀離子電池因其資源豐富、成本低廉和高能量密度等優勢，被認為是下一代儲能技術的有力候選者。然而，作為唯一的鉀源，其絕大多數正極材料缺乏鉀離子，並且負極在形成SEI過程中具有較大的不可逆容量損失，這使得鉀離子電池面臨活性離子匱乏的巨大挑戰，嚴重限製了其商業化應用。

傳統的預鉀化方法，如負極化學預鉀化和正極混漿補鉀，雖能夠有效補償活性鉀離子，但存在兼容性問題，無法與現有的電池組裝技術有效集成。面對上述挑戰，沐鸣开户高悅課題組通過科學智能輔助化學結構設計，開發了一種無損的基於電解液的鉀離子補償策略，能夠實現100%的活性離子供給，為鉀離子電池的實用化提供了新思路。

圖1 基於電解液的補鉀策略機理圖

為了獲得滿足可溶於電解液、液態分解產物、電壓窗口匹配、不可逆分解等條件的理想補鉀劑，團隊采用活性中心和側基相結合的化學信息學設計原則，使用非監督學習成功篩選出硫氰化鉀（KSCN）。實驗結果表明，KSCN可溶於不同的電解液體系中，在3.6 V發生不可逆分解，釋放出活性鉀離子，同時形成電解液共溶劑(SCN)₂，表現出275 mAh g^-1的比容量，具備良好的倍率性能和熱穩定性。

圖2 基於電解液的KSCN分解補償活性鉀離子

在使用KSCN進行鉀離子補償前後，電極結構保持一致。相比之下，使用方酸鉀和正極混漿時，電極結構出現微孔，而使用還原性液體會導致正極粘結劑失效。這表明，基於KSCN的電解液補鉀策略能夠無損地兼容整個電池體系，適應現有的電池組裝過程。通過分子動力學模擬，產物(SCN)₂促進了鉀離子的脫溶劑化，顯著提升了負極的倍率性能。最後，該電解液補鉀策略顯著提升了全電池的比容量、循環穩定性和首圈庫倫效率。

圖3 電解液補鉀策略對電極結構無損

此工作報道了一種新穎的鉀離子補償方法，作為鉀離子電池電解液添加劑，在保持電池和電極結構無損的前提下，提供了大量活性鉀離子。這種基於電解液的補鉀策略致力於推進實用的鉀離子電池，為電池提供活性離子開辟了新的可能性。

相關成果以Compensating K Ions through an Organic Salt in Electrolytes for Practical K-Ion Batteries為題發表於Angew. Chem. Int. Ed.上。沐鸣开户青年研究員高悅為該論文通訊作者，2023級碩士生王雯雯為第一作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委、沐鸣娱乐聚合物分子工程全國重點實驗室和沐鸣娱乐科學智能專項項目的支持。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202424516