张文军&黄勃龙AM：稀水-非质子混合电解质通过溶剂化结构工程实现宽电化学窗口

Nanoyu

2021-08-31

超浓电解质在高压电化学双电层电容器（EDLC）中的应用显示出巨大的潜力。然而，这种超浓电解质的宽电化学窗口是以其高成本、低离子电导率、高密度和窄的工作温度范围为代价。

为解决上述问题，香港城市大学张文军教授，香港理工大学黄勃龙教授报道了开发了一种稀释型混合电解质，即在在水和磷酸三甲酯（TMP）混合液中的3 m NaClO₄（m表示摩尔/千克溶剂），具有与超浓电解质相当的电化学窗口。NaClO₄作为混合电解质盐具有成本低，来源广，在水和TMP中都有很高的溶解度等优点。

文章要点

1）密度泛函理论（DFT）计算结果表明，TMP与Na⁺之间的键能远低于水分子与Na⁺之间的键能。因此，水分子被强约束在Na⁺离子周围，溶剂化结构被杂化电解质中的游离TMP分子隔离。因此，即使在稀释的混合电解质中，水的分解也得到很大程度的抑制，从而保证了宽的电化学窗口（2.9-3.2 V）。同时，该混合电解质还具有较高的离子电导率(23ms cm−1)、低密度(1.37g cm−3)和较宽的温度相容性。

2）值得注意的是，基于混合电解质的EDLC不仅在−20-60 °C具有较宽的电压范围内（0-2.4 V），而且具有优异的倍率性能和循环稳定性（例如，在25 °C下100000次循环后的容量保持率为83%）。

这项工作对优化电解液性能，实现安全、低成本、高效的储能应用具有重要意义。

参考文献

Shuilin Wu, et al, Dilute Aqueous-Aprotic Hybrid Electrolyte Enabling a Wide Electrochemical Window through Solvation Structure Engineering, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202102390

https://doi.org/10.1002/adma.202102390