随着社会进步，科技迅速发展，生活中对能源的需求急剧上涨，用电高峰期电量不够而低峰期电量冗余。因此，需要低成本大规模储能电站满足生活能源需求。由于钾资源廉价、储量丰富且钾离子拥有更低的标准电极电位−2.93V，钾离子电池被认为是最有潜力构建大规模储能电站的储能单元之一。传统的以碳酸酯类为溶剂，六氟磷酸钾为溶质的电解液在4.0 V及以上就会开始分解并且在负极产生富含有机成分的固体电解质界面膜，无法促进电池的长期稳定循环，而醚类溶剂由于其较高的homo与lomo能级使其拥有更宽的电化学窗口有更广的适用性。常见的醚基电解液以乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚degdme、四乙二醇二甲醚tegdme为溶剂，但其在较低浓度下<3M会发生溶剂分子与钾离子共同嵌入石墨层间的现象，导致石墨只能表现出较低的可逆容量同时会使石墨嵌入钾离子的电压平台升高。并且溶剂分子嵌入、脱出石墨层间时其较大的体积会导致石墨层间剥落从而进一步影响其循环性能及容量。我们选择了四氢呋喃（THF）和四氢吡喃（THP）两种具有较大环状结构的环醚，通过其弱溶剂化能力减少溶剂化钾离子中溶剂分子与钾离子的配位实现较低浓度下的钾离子无溶剂嵌入石墨，从而提高石墨负极在较低浓度电解液中钾离子电池的容量及循环稳定性。

这项工作展示了一种以 THP 为溶剂的弱溶解环醚电解质，并首次将其用于钾离子电池的石墨负极。在这种电解质中，THP 的环状结构所带来的空间位阻削弱了它与 K+ 的配位，从而增加了 K⁺ 与阴离子之间的配位。这促进了更多的 FSI- 在 SEI 形成过程中分解，从而形成了薄而致密、富含无机成分的 SEI。K⁺ 和 THP 之间的低结合能有利于快速脱溶，使电极界面反应在热力学上更加有利。因此，使用这种基于 THP 的电解质，可在 0.2 C 的电流密度下稳定循环 800 次（约 8 个月），比容量为 171.8 mAh g^-1；在 3 C 的电流密度下稳定循环 1600 次，比容量为 111.0 mAh g^-1。这些发现为钾离子电池提供了一种新型电解质，有可能推动下一代钾离子电池及其他电池的进一步发展。

通讯作者：罗雯，武汉理工大学物理系特岗教授，博士生导师，入选中国科协青年人才托举工程，武汉理工大学15551青年拔尖人才。主要从事电化学能源材料与器件研究，包括二次电池电极材料、微纳器件组装和原位表征等。主持国家自然科学基金重大研究计划培育项目、国家自然科学基金面上项目、青年项目等省部级项目6项。以第一作者或通讯作者在Nature Communications，Advanced Materials和Matter等国际期刊发表SCI论文40余篇。多次在美国MRS等国际会议上作口头汇报，相关研究成果获英国皇家化学会最佳海报奖、武汉理工大学青年教师十大科技进展、中国建材优秀博士奖等。指导本科生“挑战杯”竞赛获全国特等奖1项，全国银奖1项，全国二等奖1项，湖北省特等奖3项。出版国家级一流本科专业建设成果教材《材料化学》，获国家级教学成果二等奖（2023年）。

武汉理工大学纳米重点实验室主要从事纳米能源材料与器件领域的研究，包括新能源材料、新型催化材料、微纳器件等前沿方向。团队目前有教师13名，在读博士、硕士研究生80余人。中科院院士赵东元教授作为课题组学术顾问，为课题组发展提供重要的指导和帮助。

团队长期致力于新能源材料与器件科学技术及应用研究，构筑了国际上第一个单根纳米线器件电子/离子输运原位表征的普适新模型，建立了调控电化学反应动力学的“麦-晏”场效应储能等电子/离子双连续输运理论，突破了储能材料与器件的批量化制备技术，并实现成果转化与应用。团队近年来主持/承担了国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项、国家杰出青年科学基金、国家基金委重大科研仪器专项、国家自然科学基金重点项目、国家国际科技合作计划等国家级科研项目40余项。课题组目前发表SCI论文700余篇，以第一或通讯作者在Nature 2篇，Nature及Cell子刊（17篇），合作发表Nature 1篇、Science 2篇、Nature、Science、Cell子刊5篇，ESI高被引论文103篇，ESI 0.1%热点论文21篇。获得国家发明授权专利160余项，其中28项专利与华为等31家企业进行产学研成果转化与应用，总金额24.38亿元。获国家自然科学二等奖（2019）、国家教学成果二等奖（2023）、教育部自然科学一等奖（2018年）和湖北省自然科学一等奖（2014、2021）。

团队培养的50余名学生被推荐到哈佛大学、麻省理工大学、牛津大学、加州大学洛杉矶分校、西北太平洋国家实验室、阿贡国家实验室、清华大学、北京大学、中国科学院等著名高校或科研机构进行深造。10余名学生已在国内外知名高校和科研单位如英国国家物理实验室、萨里大学、滑铁卢大学、厦门大学等任职，担任教授或助理教授。该团队已发展成为国内外纳米科学技术和新能源材料技术领域具有重要影响的科学研究、国际合作及人才培养中心。

欢迎有志于从事新能源纳米材料与器件的有志之士加盟本课题组！特别欢迎对纳米科研感兴趣、成绩好、英语基础扎实、积极主动性高、有志于继续国内或到国外深造的学生报考本课题组，也欢迎国内外专家学者的交流与合作！

网站链接：http://mai.group.whut.edu.cn/

Cheng C, Feng W, Wang F, et al. Weakly solvating electrolyte enabling solvent-free co-intercalation for stable potassium-ion storage in graphite. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907219.