纪秀磊/方翀Angew.：强化水性电解质而不强化水

水性电解质通常电化学稳定性差；然而，共晶水溶液(25 wt.%和62 wt.% H3PO4)冷却至-7℃时表现出显著加宽的稳定性窗口。

研究表明，冷却后，Li+离子的水合度降低并与Cl-配对，形成冰状水簇，并且H…Cl-键合增强。特别地，这种低温溶剂化结构并没有增强水分子的O-H键，这与传统观点相反，即增加水的稳定性需要加强O-H共价键。

在此，美国俄勒冈州立大学纪秀磊教授&方翀教授&加利福尼亚大学Peter Alex Greaney团队提出水在电解质中的低温惰性的通用机制：氢和氧析出反应的副产物OH-和H+的不太有利的溶剂化。为了展示这种稳定性，本文展示了一种使用LiMn₂O₄正极和CuSe负极的水系锂离子电池，能量密度高达109 Wh/kg。

图1. 光谱和模拟结果揭示了25 wt.% LiCl电解质在不同温度下的化学环境

虽然水O-H键的强度以及OH^–和H⁺的溶剂化都会影响水的稳定性窗口，但低温共晶LiCl电解质为理解液态水的电化学稳定性作为溶剂化能量的函数提供了一个独特的场所。

通过FSRS、NMR和AIMD的协同结果揭示了更多的DDAA结构的形成，以及水配体与光照离子的偏离，从而允许光照与氯离子配对，以及增强的H…C氢键。

这种化学环境不仅提供了一个新的理论，而且可以有效地降低OH^–和H⁺离子的溶剂化能，大力抑制HER和OER，从而提高水的电化学稳定性。

图2. 不同温度下锂离子电池的电化学性能

Strengthening Aqueous Electrolytes without Strengthening Water, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202307212

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纪秀磊/方翀Angew.：强化水性电解质而不强化水

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