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A.钠离子和钾离子插入SR的机理的示意图
B,C,D分别为钠离子插入SR的产物的LUMO、HOMO、静电势
E,F,G分别为钾离子插入SR的产物的LUMO、HOMO、静电势
图2.钠、钾、钠钾合金分别作为负极材料的对比
A,B:电压(A中的虚线为钠作为负极,红线为钠钾合金,分别在钠离子电池电解液中作为负极;B中的虚线为钾作为负极,红线为钠钾合金,分别在钾离子电池电解液中作为负极)
C:XRD图(从上到下分别为钠钾合金、钾金属在钾离子电池电解液作为负极;钠钾合金、钠金属在钠离子电池电解液作为负极)
D–G:钠钾合金负极在上述钾离子电池电解液进行循环测试后产生的SEI的XPS图
H–K:钠钾合金负极在上述钠离子电池电解液进行循环测试后产生的SEI的XPS图
图3.电池的稳定性测试
A.钠(灰线)和钠钾合金(红线)分别在上述钠离子电池电解液作为负极的稳定性
B.钾(灰线)和钠钾合金(红线)分别在上述钾离子电池电解液作为负极的稳定性
C,D.钠钾合金分别在上述钠、钾离子电池电解液作为负极的全电池的循环性能
E,F.C,D中进行的循环测试中不同循环的电压-容量曲线变化
图4.载流子和正极的谱图和计算
A.钠钾合金在上述钠离子电池电解液中作为负极的电池正极的EDS图
B.钠钾合金在上述钾离子电池电解液中作为负极的电池正极的EDS图
C.EDS测试中两种电解液形成的SEI的组成
D,E.插入不同数量的钠离子或钾离子的结构的结合能计算
图5.柔性电池测试
A.CNF和SR纳米晶体组成的层状正极的设计示意图
B.层状电极的SR层的层数与面积容量和库伦效率的关系
C、D分别为平直、弯曲状态下的柔性电池
E、F分别为恒电流电压和循环稳定性测试。
小结
作者团队设计了基于钠钾合金的通用碱金属离子电池,并用化学表征和DFT计算解释了其工作机理。这种电池分别作为钠离子电池或者钾离子电池都具有优异的循环性能。他们还用钠钾合金和CNF/SR制作了面积容量高达 2.1 mAh cm−2的柔性碱离子电池。这种电池的设计不仅阐明了无枝晶的液态金属合金负极,而且还代表了一种有前景的和通用的构造高性能的、安全的储能系统的方法。
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