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A high-capacity cathode for rechargeable K-metal battery based on reversible superoxide-peroxide conversion

National Science Review 2021年第10期8卷 33-41页

作者： Yu Qiao Han Deng Zhi Chang Xin Cao Huijun Yang Haoshen Zhou Energy Technology Research Institute National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) Center of Energy Storage Materials &Technology College of Engineering and Applied SciencesJiangsu Key Laboratory of Artificial Functional MaterialsNational Laboratory of Solid State Microstructures and Collaborative Innovation Center of Advanced MicrostructuresNanjing University

As a promising low-cost energy storage device, the development of a rechargeable potassium-ion battery(KIB) is severely hindered by the limited capacity of cathode candidates. Regarded as an attractive capacity-boosting strategy, triggering the O-related anionic redox activity has not been achieved within a sealed KIB system. Herein, in contrast to the typical gaseous open K-Obattery(O/KOredox), we originally realize the reversible superoxide/peroxide(KO/KO) interconversion on a KO-based cathode. Controlled within a sealed cell environment, the irreversible Oevolution and electrolyte decomposition(induced by superoxide anion(O~-) formation) are effectively restrained. Rationally controlling the reversible depth-of-charge at 300 m Ah/g(based on the mass of KO), no obvious cell degradation can be observed during 900 cycles. Moreover, benefitting from electrolyte modification, the KO-based cathode is coupled with a limited amount of K-metal anode(merely 2.5 times excess),harvesting a K-metal full-cell with high energy efficiency(～90%) and long-term cycling stability(over 300 cycles).

关键词： electrochemistry rechargeable battery beyond Li-ion battery long-term cycle life high capacity cathode

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