港中大卢怡君Matter：氢键固定电解液实现高能量密度水系电池

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港中大卢怡君Matter：氢键固定电解液实现高能量密度水系电池
由于水分解，传统的水系电解液受到窄电压窗口的影响。高浓度电解液可扩大电压窗口；然而，它们受到高成本和潜在毒性的限制。
香港中文大学卢怡君等通过引入环丁砜作为氢键受体来限制水活性，从而开发出一种氢键锚定电解液（环丁砜：H2O = 87:13，重量比）。
港中大卢怡君Matter：氢键固定电解液实现高能量密度水系电池
图1 传统水系锂离子电池的主要问题，以及为抑制HER提出的两种策略
设计的电解液将电压窗口扩大到 3.4 V（1.3-4.7 V vs. Li+/Li）并形成分层的负极-电解质界面以抑制析氢反应。水系Li4Ti5O12/LiMn2O4全电池在1 C下 300 次循环后达到141 Wh kg-1，在5 C下1000 次循环后达到125 Wh kg-1，并且库仑效率高达99.5%–99.9%。
港中大卢怡君Matter：氢键固定电解液实现高能量密度水系电池
图2 氢键锚定电解液的电化学稳定性窗口和FTIR谱
在线电化学质谱显示循环时氢气/氧气的析出可忽略不计，从而进一步证实了所设计电解液的稳定性。
这项工作强调，掌握氢键相互作用有助于从热力学和动力学两方面调整带电界面处的水反应性，这为经济高效的水系电解液设计和通过水分解制氢提供了新的见解。
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图3 全电池性能
Enabling high-energy-density aqueous batteries with hydrogen bond-anchored electrolytes. Matter 2021. DOI: 10.1016/j.matt.2021.10.021

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