清华大学何向明教授AFM：电解质动态可逆凝胶化实现高效宽温适应性钾离子电池！

近日， 清华大学 何向明教授 展示了由硬软段结合的酪胺改性透明质酸（HA-Tyr）（PHA）和B, N改性的碳球（BNC）与青石填料（L）精细封装的可逆原位红磷（RP）溶胶-凝胶复合物，以引导拓扑空间拥挤效应（TSCE）从单原子的反向捕获方法走向电化学、机械和宽温适应性PIB 。所构建的PHA@RP@BNC-L具有典型的特性，如不可燃性、界面稳定性、具有可调凝胶场景的金属有机骨架、基于主客效应的分离侧/主运动，以及最重要的宽温适应性，可在PIBs中发挥"一体化"作用。由软硬分子提供的丰富的H键或类似H键、弱的反合作H键、丰富的厚环碳分子侧链确保了其非凡的机械性能以及便利的平面构象，这有利于提高机械性能、离子导电性（伴随着K ⁺ 储存势垒的降低）以及通过消除中间氧化还原产物改变氧化还原途径。此外，基于离子偶极子相互作用和路易斯酸碱理论，丰富的多元运输通道、钾盐解离形成的高熵环境进一步提高了L填料的K ⁺ 导电性，促进了以KF为主导的SEI的形成，从而防止了电解质的寄生反应。因此，通过可逆捕获Ni SAs的原位固化可燃PHA@RP@BNC-L具有优异的电化学稳定性、更宽的温度耐受性和出色的安全性。

文章要点：

1.由于Ni单原子从Ni ³⁺ |Ni ²⁺ 中反向提取，通过TSCE触发了软硬段拼接PHA@RP@BNC的原位可逆溶胶-凝胶转变，并以动态交换键和重组键桥接L填料。优异的杨氏模量、可燃性、长延展性和宽温适应性等"多合一"优点使其具有平滑的物理接触、连续的界面电荷/离子传输，可适应高强度循环过程中的大体积变化。

2. 富含极性基团的PHA-L与RP@BNC的结合产生了高熵的"K+-DME-PHA-H ₂ O ₁₂ Si ₄ ^6- -Li ⁺ -DMEPHA-Na ⁺ -DME-PHA-Mg ²⁺ -DME-PHA "溶剂化环境，显著促进了游离K ⁺ 离子的释放。这种RP复合材料的氧化还原动力学大大加快，证明了K ₃ P ₁₁ 、K ₄ P ₆ 的中间产物被消除，这得益于PHA和 L填料认可的丰富的K ⁺ 多元无定形传输通道。

3. 根据理论和实验数据，作者还观察到了相容性电极填料与电解质的相容性。通过L中不饱和的Li/Mg/Na-O配位，实现了以KF为主导的SEI，从而避免了沿着填料/电解质的有害寄生反应。

4. PHA@RP@BNC-L阳极结合了LEs和QSEs的优点，具有超稳定的循环稳定性和超宽的温度适应性，在-40℃至70℃温度范围内分别实现了93.6%和109%的高容量保持率。

图1 材料制备及表征

图2 MD模拟及理论计算

图3 半电池性能

图4 全电池性能

原文链接： https://doi.org/10.1002/adfm.202316813