钠电加钾有奇效3000次循环后能提供565mAh/g容量
【研究背景】
钠离子电池（sibs）作为有前途的储能设备之一，在过去几年中引起了广泛的兴趣，因为钠的成本低，操作原理与锂离子电池（libs）相似，以及na+离子的独特物理化学特性。在众多的候选阳极材料中，锡（sn）特别有吸引力，因为它具有高理论容量（847 mah g-1）、大体积密度（7.28 g cm-3）和低工作电压（0.3-0.4 v）。
然而，na+的大离子半径和重离子质量不仅在循环时引起巨大的体积变化（~420%），而且还延迟了电荷在体积中的传输。因此，固体电解质界面（sei）的反复形成、不可控的粒子粉碎以及循环过程中的电极开裂/脱落，导致低库仑效率和快速的容量衰减。
为了解决这些问题，人们开发了多种策略，如尺寸控制到纳米，与碳材料的均匀复合，截止电压的精细控制，等等。例如，广泛报道的sn/c纳米复合材料总是涉及费力的制备、复杂的仪器和昂贵的试剂。此外，纳米复合材料中的碳材料不仅降低了比容量，而且还降低了攻丝密度和初始库伦效率。
因此，有必要寻求新的方法来改进sn阳极。使用微小的锡颗粒（μ-sn）作为阳极材料可以有效地缓解对纳米材料的制备成本、压实密度和初始库仑效率的担忧。但如何保持其稳定的循环是社会的一个巨大挑战。到目前为止，针对μ-sn设计的策略还很少报道。
【工作介绍】
本工作将k+离子引入到醚基电解质中。然后，k+和na+离子被电场驱动到电极表面。但是k+离子不会被还原或纳入μsn中，因为nernst方程、分子动力学（md）模拟和密度泛函理论（dft）计算估计的氧化还原电位低，解离能量大。k+离子会聚集在 热点 上，并通过静电屏蔽作用减缓局部的钠化，促进均匀的电化学反应。它增强了电极的稳定性，正如化学机械模型和扫描电子显微镜（sem）图像所证明的。
因此，该电极在2 a g-1的条件下经过3000次循环后保持了565 mah g-1的高比容量，比电解质中没有k+的情况好很多。在全电池和μ-bi中也证明了k+离子的改进性能。类似的概念已经应用于金属锂阳极，但据我们所知，还没有应用于合金型阳极。更重要的是，这种方法不涉及费力的制备、复杂的仪器和昂贵的试剂，因此显示出对其他sib阳极材料的潜力。
图1、k+离子的静电屏蔽作用，增强了电极的稳定性。
(a, b) 合金型阳极(a)没有或(b)在电解质中加入k+的结构演变。(c)na浓度、(d)环向应力和(e)在没有或有电解液中的k+的情况下，在钠化过程中对sn的结构破坏的化学-机械模型。 图1说明了k+对增强电化学性能的静电屏蔽作用。由于活性材料、聚合物粘合剂和导电碳在电极中的不均匀分布，na+在特定部位的局部富集和优先钠化几乎是不可避免的（图1a）。局部钠化的进展将引起内在应力的不均匀分布，并最终导致电极破裂。
相比之下，添加k+将有效地缓解上述负面影响。如上所述，在这种情况下，k+比na+更难被还原。因此，当k+被电场驱动到活性材料附近时，它不会被还原，而是优先吸附在na+离子应该占据的热点处（图1b）。 k+的持续积累将呈现出一个内在的电场，并抵消了na+到达这些位置的驱动力，这被称为典型的静电屏蔽。
然后，在热点位置的局部钠化将放缓，有利于均匀的体积膨胀并改善电极的稳定性。这个结论也得到了环向应力和损伤分析的支持。为了简化计算，只有活性材料（μ-sn），而不是整个电极，被考虑到模拟中，因为它们在电极中占主导地位。
此外，它们的体积变化是结构应力的主要来源。尽管μ-sn经历了复杂的相变，但在这些相变过程中结构应力的演变是相似的。因此，为了清楚起见，本化学机械模型只使用了其中一个相变，即sn/nasn3。图1c-1e显示了在这一转变过程中na浓度、环向应力和μ-sn的结构损伤的演变。
在一个典型的过程中，由于内部体积膨胀，钠的外壳逐渐向外挤压，导致粒子表面产生拉伸箍应力。拉伸应力随着钠化过程而逐渐累积。当拉应力超过naxsn的阈值时，颗粒会变形或断裂以释放应力。在没有k+的情况下，由于各向异性的形态、粗糙的颗粒表面和电极中不均匀的材料分布，na+通量容易诱发不均匀的钠化过程和μ-sn的各向异性膨胀（图1c）。
然后，表面的拉应力加剧，增加了潜在的粒子损伤（图1d和1e）。相反，k+通过静电屏蔽使粒子表面的na+分布正常化，促进了均匀膨胀（图1c）。然后，相邻材料网格的拉应力相互抵消，导致较低的拉应力和较少的颗粒损坏（图1d和1e）。这些结果支持k+的加入有可能促进均匀的钠化和减少颗粒的损伤。
图2、通过kpf6改善电极的稳定性和机械性能。
(a-f) 电解液中没有k+或(d-f)30个周期后的电极的sem图像。(g, j) afm图像（插图）及其相应的高度曲线，(h, k) 力的反应及其相应的卡通插图（插图），(i, l) 分别在没有或在电解质中加入k+后的电极的杨氏模量分布。
在没有k+的电解液中循环30次后，在电极表面很容易看到裂缝和断裂（图2a和2b），表明循环后的电极稳定性较差。同时，电极材料变得松散并从集流体上脱落（图2c）。结果表明，巨大的应力对电极造成了明显的损害，这增加了电荷传输电阻，导致容量下降。
相反，在电解液中含有k+的情况下，基本上保持了电极的完整性（图2d和2e）。电极表面没有明显的裂缝。电极材料仍然保持致密并牢固地附着在集流体上（图2f）。这些结果证实了电极稳定性的增强，与上述理论预测的结果非常吻合。
afm得出类似的结论。图2g显示了在电解液中没有k+的情况下，3个循环后电极的高度曲线和表面形貌，电极表面是粗糙的。表面上的台阶和/或山脊会强化电场，丰富局部的na+浓度，从而加速局部生长，增加应变/应力。然后，电极材料变形，在反复循环后出现裂纹。
而在电解液中含有k+的电极循环是相对光滑的（图2j），与循环前的情况相似。这种良好的稳定性也可能与该电极对结构应力的反应有关。如图2h所示，在没有k+的情况下循环的电极的力的曲线显示了电极破裂的典型特征，即力随着压痕深度的增加而下降。
它符合sem图像所观察到的情况。然而，这种独特的特征并没有出现在电解液中含有k+的电极循环的力的曲线上（图2k），这表明在这种情况下对力有良好的抵抗力。这方面的见解可能与μ-sn的均匀膨胀有关，它使内在应力在一定程度上被抵消。因此，电极对本征应力的耐受性更好，并表现出卓越的稳定性。这一结论直接得到了杨氏模量的支持。无k+循环的电极的杨氏模量只有2.7gpa，比有k+的8.3gpa小很多（图2i和2l）。
图3、k+离子不参与μ-sn的合金化/焊接反应。
(a) 电解液中含有或不含有k+离子的电极循环的cv曲线，(b) eds光谱和(c) xps光谱。(d) k+/k和k+/kxsn的氧化还原电位随k+离子浓度的变化。(e) li+/li和li+/lixsn的氧化还原电位随li+离子浓度的变化。(f) 电解液中有无li+的sn||na的循环性能，(g, h, i) 电解液中na+和k+的典型溶解结构快照，(j) rdf曲线，(k) lumo的能级，(l) na+-2diglyme和k+-3diglyme的溶剂化能量。(k)中的插图显示了分子轨道的等值面，(l)中的插图描述了相应的溶剂化结构。
k+对电化学性能的另一个可能影响是在循环过程中与μ-sn合金化。为了澄清这一点，在循环的电极上测量了cv曲线、lsv（线性扫描伏安法）曲线、能量色散光谱（eds）和x射线光电子光谱（xps）。如图3a所示，在电解质中含有或不含有k+的电极循环显示出相同的阴/阳极峰，表明k+对电化学反应的影响可忽略不计。
换句话说，k+不参与合金化/去合金反应。这一结论也被eds和xps所证实。图3b显示了在电解液中含有或不含有k+的完全放电电极的eds光谱。无论是否加入k+，在这两个电极中都没有检测到k元素在3.31 kev (kα)和3.59 kev (kβ)的明显信号。
这些结果排除了k参与合金化/去合金反应的可能性。同时，在用k+循环的电极中na/sn的原子比是~3.84，接近na15sn4的数据（3.75），该数据被公认为是sn的完全放电产物。这一结果表明，k+提高了电极中sn的利用率，因为它减少了na+在热点上的吸附，使na+可以在其他位置上进行电化学合金化。
电极中没有k+也被不同深度的xps光谱所证明（图3c），没有观察到k的可见峰。k+的加入并不直接改变电极表面的固体-电解质-中界面（sei）膜。因此，在两种情况下，rct的差异很小。这一结果也得到了lsv的支持。电解液中含有或不含有k+的电池显示出类似的曲线，证实了k+物种没有被还原。
为了在理论上理解这一结果，详细讨论k+/k（na+/na）的实际氧化还原电位和我们案例中k+/kxsn的合金化电位是非常必要的。众所周知，k+/k的标准氧化还原电位（-2.931 v vs. she）低于na+/k的氧化还原电位。k+/k的实际氧化还原电位会随着k+的低浓度而进一步降低（蓝线，图3d）。
在本例中，k+的浓度为0.02m，导致氧化还原电位为-3.031v（ vs. she），使得k+/k的电化学还原更加困难。然而，k+有可能与sn进行电化学合金化，在~0.32 v（vs. k+/k）开始。如果参考电极被归一化为she，k+/kxsn的起始电位将是-2.611 v（vs. she）。
然后，在本案例中，低浓度被考虑在内。k+/kxsn的氧化还原电位被估计为-2.711 v（vs. she，红线，图3d），几乎与na+/na的相同。考虑到电极过电位，k+/kxsn的氧化还原反应必须发生在这个电位以下。这意味着，如果截止电压被控制在>0.01v（vs. na+/na），kxsn的形成将被抑制。这些结果解释了为什么k+不参与sibs中sn的电化学反应。
然而，如果把k+换成li+，情况就完全不同了。因为li+/lixsn的起始电位是-2.44v（vs. she，图3e），li+有可能在钠化过程中与sn合金化。这将使有限的li+的消耗，从而使电化学性能不能与k+相比（图3f）。因此，选择一个合适的阳离子进行静电屏蔽是至关重要的。
基于nernst方程的讨论是简化的，因为它没有考虑到溶剂化结构。因此，进行了分子动力学（md）模拟以反映电解质中的情况。如图3g和3i所示，电解质中的na+通过na···odiglyme与两个dme分子相互作用，而k+通过k···odiglyme与三个dme分子配位。径向分布函数（rdfs）表明，na比k更接近odiglyme（图3j），但na的配位数（cn）比k的小。这可能是由于k+尺寸比较大。
然后，取溶剂化结构来计算最高占有分子轨道（homo）和最低未占有分子轨道（lumo）的能级。通常情况下，lumo的能量越低，表明该物种的优先还原。[k(diglyme)3]+的lumo位于-1.79 ev（图3k），高于[na(diglyme)2]+（-2.14 ev）。
所以，[na(diglyme)2]+将率先被还原。这一结果再次证实了k+在电解质中相对较好的电化学稳定性。除了热力学，动力学也阻碍了k+在反应中的参与。因为溶剂化结构在还原前需要解离，k+和na+的溶剂化能可以被认为是评估能量屏障的一个指标。如图3l所示，[k(diglyme)3]+显示出比[na(diglyme)2]+(-4.69 ev)更大的溶剂化能（-24.97 ev）。这些数据意味着[k(diglyme)3]+的解离需要比[na(diglyme)2]+的解离更多能量。
换句话说，[k(diglyme)3]+比[na(diglyme)2]+更稳定。这一结论也得到了静电势（esp）图的支持。na(diglyme)2]+的平均esp比[k(diglyme)3]+的更正，这使得它对电子攻击高度活跃，有利于电化学还原。简而言之，高配位数、大的溶剂化能、高的lumo能级和离域电荷分布使得k+在电解质中更加稳定，这与马库斯理论的预测非常一致。
基于这一理论，具有较少溶剂分子和局部电荷分布的巨型结构具有小的重组能垒。在这种情况下，溶剂化的na+离子比k+离子的对应物更活跃。所有这些结果在理论上和实验上都证明，k+不参与sn的电化学反应。
图4、kpf6增强的电化学性能。
图5、nvp@c||sn和bi||na的电化学性能。
总之，k+离子被引入电解质以促进均匀的反应和电极的稳定性，这在化学机械模型、sem和afm中得到了证明。cv曲线、eds和xps光谱表明，k+离子不直接参与电化学反应，这一点得到了由nernst方程估计的氧化还原电位、lumo的能级和基于md模拟得出的溶剂化成分的解离能的支持。 静电屏蔽的作用使μ-sn在2 a g-1的条件下经过3000次循环后能提供565 mah g-1的容量。
相比之下，在电解液中没有k+的情况下循环的电极只能存活34次。k+带来的益处在高负荷电极、全电池和其他阳极材料中也得到了证实，反映了未来的巨大潜力。这种策略特别耐人寻味，因为不需要费力的准备、复杂的仪器和昂贵的试剂。
台积电：先进制程需求强烈，2022第二季度毛利率能够达56%以上
荣耀MagicBook Pro魅海星蓝版开启预约
SKT部署赛灵思FPGA 让其人工智能工作性能大大提高
波音首架777X飞机已完成了组装及喷涂工作
薄膜太阳能电池有什么优缺点和生产资料说明
钠电加钾有奇效3000次循环后能提供565mAh/g容量
单片机仿真软件适合单片机初学者吗
中国移动使虹桥火车站成为了世界上首个采用5G数字系统建设的火车站
边缘计算技术的四大优势
海量免费儿歌故事 机蛋宝宝早教学习机
汽车究竟是如何生产出来的？背后到底隐藏着哪些神奇科技？
主机厂定点项目就一定是自动驾驶公司的“续命符”？
数码印像机的色带匣类型/接口/配件
如何在NB-IoT和LTE-M蜂窝技术出现期间使物联网方案面向未来
汽车电子域控时代的新兴器件-E-Fuse应用
中国电信将坚持以SA接入为标准来推动5G网络建设
工信部公布2021年5G基站建设事宜
ADI发布了ADM1175-8系列产品,用于增强系统保护能力
mcu芯片有哪些用途？主要用于哪些产品
一份不错的嵌入式C编码规范
钠离子电池（sibs）作为有前途的储能设备之一，在过去几年中引起了广泛的兴趣，因为钠的成本低，操作原理与锂离子电池（libs）相似，以及na+离子的独特物理化学特性。在众多的候选阳极材料中，锡（sn）特别有吸引力，因为它具有高理论容量（847 mah g-1）、大体积密度（7.28 g cm-3）和低工作电压（0.3-0.4 v）。
然而，na+的大离子半径和重离子质量不仅在循环时引起巨大的体积变化（~420%），而且还延迟了电荷在体积中的传输。因此，固体电解质界面（sei）的反复形成、不可控的粒子粉碎以及循环过程中的电极开裂/脱落，导致低库仑效率和快速的容量衰减。
为了解决这些问题，人们开发了多种策略，如尺寸控制到纳米，与碳材料的均匀复合，截止电压的精细控制，等等。例如，广泛报道的sn/c纳米复合材料总是涉及费力的制备、复杂的仪器和昂贵的试剂。此外，纳米复合材料中的碳材料不仅降低了比容量，而且还降低了攻丝密度和初始库伦效率。
因此，有必要寻求新的方法来改进sn阳极。使用微小的锡颗粒（μ-sn）作为阳极材料可以有效地缓解对纳米材料的制备成本、压实密度和初始库仑效率的担忧。但如何保持其稳定的循环是社会的一个巨大挑战。到目前为止，针对μ-sn设计的策略还很少报道。
【工作介绍】
本工作将k+离子引入到醚基电解质中。然后，k+和na+离子被电场驱动到电极表面。但是k+离子不会被还原或纳入μsn中，因为nernst方程、分子动力学（md）模拟和密度泛函理论（dft）计算估计的氧化还原电位低，解离能量大。k+离子会聚集在 热点 上，并通过静电屏蔽作用减缓局部的钠化，促进均匀的电化学反应。它增强了电极的稳定性，正如化学机械模型和扫描电子显微镜（sem）图像所证明的。
因此，该电极在2 a g-1的条件下经过3000次循环后保持了565 mah g-1的高比容量，比电解质中没有k+的情况好很多。在全电池和μ-bi中也证明了k+离子的改进性能。类似的概念已经应用于金属锂阳极，但据我们所知，还没有应用于合金型阳极。更重要的是，这种方法不涉及费力的制备、复杂的仪器和昂贵的试剂，因此显示出对其他sib阳极材料的潜力。
图1、k+离子的静电屏蔽作用，增强了电极的稳定性。
(a, b) 合金型阳极(a)没有或(b)在电解质中加入k+的结构演变。(c)na浓度、(d)环向应力和(e)在没有或有电解液中的k+的情况下，在钠化过程中对sn的结构破坏的化学-机械模型。 图1说明了k+对增强电化学性能的静电屏蔽作用。由于活性材料、聚合物粘合剂和导电碳在电极中的不均匀分布，na+在特定部位的局部富集和优先钠化几乎是不可避免的（图1a）。局部钠化的进展将引起内在应力的不均匀分布，并最终导致电极破裂。
相比之下，添加k+将有效地缓解上述负面影响。如上所述，在这种情况下，k+比na+更难被还原。因此，当k+被电场驱动到活性材料附近时，它不会被还原，而是优先吸附在na+离子应该占据的热点处（图1b）。 k+的持续积累将呈现出一个内在的电场，并抵消了na+到达这些位置的驱动力，这被称为典型的静电屏蔽。
然后，在热点位置的局部钠化将放缓，有利于均匀的体积膨胀并改善电极的稳定性。这个结论也得到了环向应力和损伤分析的支持。为了简化计算，只有活性材料（μ-sn），而不是整个电极，被考虑到模拟中，因为它们在电极中占主导地位。
此外，它们的体积变化是结构应力的主要来源。尽管μ-sn经历了复杂的相变，但在这些相变过程中结构应力的演变是相似的。因此，为了清楚起见，本化学机械模型只使用了其中一个相变，即sn/nasn3。图1c-1e显示了在这一转变过程中na浓度、环向应力和μ-sn的结构损伤的演变。
在一个典型的过程中，由于内部体积膨胀，钠的外壳逐渐向外挤压，导致粒子表面产生拉伸箍应力。拉伸应力随着钠化过程而逐渐累积。当拉应力超过naxsn的阈值时，颗粒会变形或断裂以释放应力。在没有k+的情况下，由于各向异性的形态、粗糙的颗粒表面和电极中不均匀的材料分布，na+通量容易诱发不均匀的钠化过程和μ-sn的各向异性膨胀（图1c）。
然后，表面的拉应力加剧，增加了潜在的粒子损伤（图1d和1e）。相反，k+通过静电屏蔽使粒子表面的na+分布正常化，促进了均匀膨胀（图1c）。然后，相邻材料网格的拉应力相互抵消，导致较低的拉应力和较少的颗粒损坏（图1d和1e）。这些结果支持k+的加入有可能促进均匀的钠化和减少颗粒的损伤。
图2、通过kpf6改善电极的稳定性和机械性能。
(a-f) 电解液中没有k+或(d-f)30个周期后的电极的sem图像。(g, j) afm图像（插图）及其相应的高度曲线，(h, k) 力的反应及其相应的卡通插图（插图），(i, l) 分别在没有或在电解质中加入k+后的电极的杨氏模量分布。
在没有k+的电解液中循环30次后，在电极表面很容易看到裂缝和断裂（图2a和2b），表明循环后的电极稳定性较差。同时，电极材料变得松散并从集流体上脱落（图2c）。结果表明，巨大的应力对电极造成了明显的损害，这增加了电荷传输电阻，导致容量下降。
相反，在电解液中含有k+的情况下，基本上保持了电极的完整性（图2d和2e）。电极表面没有明显的裂缝。电极材料仍然保持致密并牢固地附着在集流体上（图2f）。这些结果证实了电极稳定性的增强，与上述理论预测的结果非常吻合。
afm得出类似的结论。图2g显示了在电解液中没有k+的情况下，3个循环后电极的高度曲线和表面形貌，电极表面是粗糙的。表面上的台阶和/或山脊会强化电场，丰富局部的na+浓度，从而加速局部生长，增加应变/应力。然后，电极材料变形，在反复循环后出现裂纹。
而在电解液中含有k+的电极循环是相对光滑的（图2j），与循环前的情况相似。这种良好的稳定性也可能与该电极对结构应力的反应有关。如图2h所示，在没有k+的情况下循环的电极的力的曲线显示了电极破裂的典型特征，即力随着压痕深度的增加而下降。
它符合sem图像所观察到的情况。然而，这种独特的特征并没有出现在电解液中含有k+的电极循环的力的曲线上（图2k），这表明在这种情况下对力有良好的抵抗力。这方面的见解可能与μ-sn的均匀膨胀有关，它使内在应力在一定程度上被抵消。因此，电极对本征应力的耐受性更好，并表现出卓越的稳定性。这一结论直接得到了杨氏模量的支持。无k+循环的电极的杨氏模量只有2.7gpa，比有k+的8.3gpa小很多（图2i和2l）。
图3、k+离子不参与μ-sn的合金化/焊接反应。
(a) 电解液中含有或不含有k+离子的电极循环的cv曲线，(b) eds光谱和(c) xps光谱。(d) k+/k和k+/kxsn的氧化还原电位随k+离子浓度的变化。(e) li+/li和li+/lixsn的氧化还原电位随li+离子浓度的变化。(f) 电解液中有无li+的sn||na的循环性能，(g, h, i) 电解液中na+和k+的典型溶解结构快照，(j) rdf曲线，(k) lumo的能级，(l) na+-2diglyme和k+-3diglyme的溶剂化能量。(k)中的插图显示了分子轨道的等值面，(l)中的插图描述了相应的溶剂化结构。
k+对电化学性能的另一个可能影响是在循环过程中与μ-sn合金化。为了澄清这一点，在循环的电极上测量了cv曲线、lsv（线性扫描伏安法）曲线、能量色散光谱（eds）和x射线光电子光谱（xps）。如图3a所示，在电解质中含有或不含有k+的电极循环显示出相同的阴/阳极峰，表明k+对电化学反应的影响可忽略不计。
换句话说，k+不参与合金化/去合金反应。这一结论也被eds和xps所证实。图3b显示了在电解液中含有或不含有k+的完全放电电极的eds光谱。无论是否加入k+，在这两个电极中都没有检测到k元素在3.31 kev (kα)和3.59 kev (kβ)的明显信号。
这些结果排除了k参与合金化/去合金反应的可能性。同时，在用k+循环的电极中na/sn的原子比是~3.84，接近na15sn4的数据（3.75），该数据被公认为是sn的完全放电产物。这一结果表明，k+提高了电极中sn的利用率，因为它减少了na+在热点上的吸附，使na+可以在其他位置上进行电化学合金化。
电极中没有k+也被不同深度的xps光谱所证明（图3c），没有观察到k的可见峰。k+的加入并不直接改变电极表面的固体-电解质-中界面（sei）膜。因此，在两种情况下，rct的差异很小。这一结果也得到了lsv的支持。电解液中含有或不含有k+的电池显示出类似的曲线，证实了k+物种没有被还原。
为了在理论上理解这一结果，详细讨论k+/k（na+/na）的实际氧化还原电位和我们案例中k+/kxsn的合金化电位是非常必要的。众所周知，k+/k的标准氧化还原电位（-2.931 v vs. she）低于na+/k的氧化还原电位。k+/k的实际氧化还原电位会随着k+的低浓度而进一步降低（蓝线，图3d）。
在本例中，k+的浓度为0.02m，导致氧化还原电位为-3.031v（ vs. she），使得k+/k的电化学还原更加困难。然而，k+有可能与sn进行电化学合金化，在~0.32 v（vs. k+/k）开始。如果参考电极被归一化为she，k+/kxsn的起始电位将是-2.611 v（vs. she）。
然后，在本案例中，低浓度被考虑在内。k+/kxsn的氧化还原电位被估计为-2.711 v（vs. she，红线，图3d），几乎与na+/na的相同。考虑到电极过电位，k+/kxsn的氧化还原反应必须发生在这个电位以下。这意味着，如果截止电压被控制在>0.01v（vs. na+/na），kxsn的形成将被抑制。这些结果解释了为什么k+不参与sibs中sn的电化学反应。
然而，如果把k+换成li+，情况就完全不同了。因为li+/lixsn的起始电位是-2.44v（vs. she，图3e），li+有可能在钠化过程中与sn合金化。这将使有限的li+的消耗，从而使电化学性能不能与k+相比（图3f）。因此，选择一个合适的阳离子进行静电屏蔽是至关重要的。
基于nernst方程的讨论是简化的，因为它没有考虑到溶剂化结构。因此，进行了分子动力学（md）模拟以反映电解质中的情况。如图3g和3i所示，电解质中的na+通过na···odiglyme与两个dme分子相互作用，而k+通过k···odiglyme与三个dme分子配位。径向分布函数（rdfs）表明，na比k更接近odiglyme（图3j），但na的配位数（cn）比k的小。这可能是由于k+尺寸比较大。
然后，取溶剂化结构来计算最高占有分子轨道（homo）和最低未占有分子轨道（lumo）的能级。通常情况下，lumo的能量越低，表明该物种的优先还原。[k(diglyme)3]+的lumo位于-1.79 ev（图3k），高于[na(diglyme)2]+（-2.14 ev）。
所以，[na(diglyme)2]+将率先被还原。这一结果再次证实了k+在电解质中相对较好的电化学稳定性。除了热力学，动力学也阻碍了k+在反应中的参与。因为溶剂化结构在还原前需要解离，k+和na+的溶剂化能可以被认为是评估能量屏障的一个指标。如图3l所示，[k(diglyme)3]+显示出比[na(diglyme)2]+(-4.69 ev)更大的溶剂化能（-24.97 ev）。这些数据意味着[k(diglyme)3]+的解离需要比[na(diglyme)2]+的解离更多能量。
换句话说，[k(diglyme)3]+比[na(diglyme)2]+更稳定。这一结论也得到了静电势（esp）图的支持。na(diglyme)2]+的平均esp比[k(diglyme)3]+的更正，这使得它对电子攻击高度活跃，有利于电化学还原。简而言之，高配位数、大的溶剂化能、高的lumo能级和离域电荷分布使得k+在电解质中更加稳定，这与马库斯理论的预测非常一致。
基于这一理论，具有较少溶剂分子和局部电荷分布的巨型结构具有小的重组能垒。在这种情况下，溶剂化的na+离子比k+离子的对应物更活跃。所有这些结果在理论上和实验上都证明，k+不参与sn的电化学反应。
图4、kpf6增强的电化学性能。
图5、nvp@c||sn和bi||na的电化学性能。
总之，k+离子被引入电解质以促进均匀的反应和电极的稳定性，这在化学机械模型、sem和afm中得到了证明。cv曲线、eds和xps光谱表明，k+离子不直接参与电化学反应，这一点得到了由nernst方程估计的氧化还原电位、lumo的能级和基于md模拟得出的溶剂化成分的解离能的支持。 静电屏蔽的作用使μ-sn在2 a g-1的条件下经过3000次循环后能提供565 mah g-1的容量。
相比之下，在电解液中没有k+的情况下循环的电极只能存活34次。k+带来的益处在高负荷电极、全电池和其他阳极材料中也得到了证实，反映了未来的巨大潜力。这种策略特别耐人寻味，因为不需要费力的准备、复杂的仪器和昂贵的试剂。
台积电：先进制程需求强烈，2022第二季度毛利率能够达56%以上
荣耀MagicBook Pro魅海星蓝版开启预约
SKT部署赛灵思FPGA 让其人工智能工作性能大大提高
波音首架777X飞机已完成了组装及喷涂工作
薄膜太阳能电池有什么优缺点和生产资料说明
钠电加钾有奇效3000次循环后能提供565mAh/g容量
单片机仿真软件适合单片机初学者吗
中国移动使虹桥火车站成为了世界上首个采用5G数字系统建设的火车站
边缘计算技术的四大优势
海量免费儿歌故事 机蛋宝宝早教学习机
汽车究竟是如何生产出来的？背后到底隐藏着哪些神奇科技？
主机厂定点项目就一定是自动驾驶公司的“续命符”？
数码印像机的色带匣类型/接口/配件
如何在NB-IoT和LTE-M蜂窝技术出现期间使物联网方案面向未来
汽车电子域控时代的新兴器件-E-Fuse应用
中国电信将坚持以SA接入为标准来推动5G网络建设
工信部公布2021年5G基站建设事宜
ADI发布了ADM1175-8系列产品,用于增强系统保护能力
mcu芯片有哪些用途？主要用于哪些产品
一份不错的嵌入式C编码规范