支春义AEM：合理的缓冲相设计用于长寿命室温可充水系氟离子电池

Nanoyu

2021-02-19

先前所报道的氟离子电池（FIBs）只能在使用固体电解质或有机电解质的高温下（> 150 °C）才能工作。由于水电解质中F^–的电化学不稳定，因此目前几乎没有关于水系FIB的研究报道。另外，FIBs电极材料通常在转化反应期间遭受严重且不利的体积膨胀。

近日，香港城市大学支春义教授，松山湖材料实验室 Hongfei Li报道了首次提出了一种基于低应变BiF₃@Bi₇F₁₁O₅@还原氧化石墨烯（BFO）复合材料的室温可充电水系F/K双离子电池。选择1 m KF水溶液作为电解质，而普鲁士蓝（PB）被用作正极。

文章要点

1）KF电解质即使在室温下也具有高离子电导率（0.092 S cm^-1），远远高于常规固体电解质（10^-5-10^-4 S cm^-1）。而PB具有相对较高的工作电压，是一种极有前途的正极材料。可以在放电过程中容纳多余的K⁺，并基于F^–和K⁺电化学构造完整的电池。

2）合理的缓冲相设计策略使得BiF₃和Bi₇F₁₁O₅相在样品中的交错分布，因而在可逆转换循环中具有更高的体积变化适应性。因此组装后的电池具有较高的比容量（1 A g-1电流密度下，容量为218 mAh g^-1)、优异的倍率性能（5 A g-1下仍保持初始电池的47%）和优异的室温循环稳定性。

3）研究发现，在充放电过程中，Bi³⁺和Bi⁰在BFO中发生可逆转换，同时伴随着K⁺在PB正极中的脱嵌/嵌入。

研究工作为开发更实用的F^–离子存储技术铺平了道路。

参考文献

Xuejin Li, et al, Initiating a Room-Temperature Rechargeable Aqueous Fluoride-Ion Battery with Long Lifespan through a Rational Buffering Phase Design, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202003714

https://doi.org/10.1002/aenm.202003714