赵川教授Small：“糖包水”电解液实现超快和稳定的电化学裸质子存储

质子是可充电电池的理想电荷载体，因为它具有较小的离子半径、超快的扩散动力学和广泛的可用性。然而，在常用的酸性电解液中，极化的水和质子（即水合氢）与电极材料的相互作用往往会导致电极结构扭曲，电极表面上的水合氢吸附也促进了析氢副反应。

在此，澳大利亚新南威尔士大学赵川教授等人报道了一种“糖包水”电解液，即将高浓度葡萄糖溶解在酸中以实现裸质子嵌入，实现扩展的3.9 V工作电位窗口，且循环时在电极表面形成葡萄糖衍生的有机薄膜。

分子动力学模拟揭示了大量电解液中自由水的显著减少，而DFT计算表明，葡萄糖优先结合到电极表面，可以抑制水的吸附。游离水的稀缺和有机膜的保护性的协同作用可以抑制水与电极表面的相互作用，从而实现裸质子（脱）嵌入。

图1. 糖包水电解液的电化学性能

因此，糖包水电解液使MoO₃负极在30 A g^-1下具有超过100000次循环的超长循环寿命、≈100% 的库仑效率，以及从4到40 A g^-1的优异倍率性能，连同可观的可逆容量≈205 mAh g^-1。

作者认为，也许比质子存储性能更重要的是有机中间相和糖添加剂导致的游离水的稀缺性，这为水性质子电化学开辟了新的途径。

图2. 糖包水电解液循环前后的示意图

“Water-in-Sugar” Electrolytes Enable Ultrafast and Stable Electrochemical Naked Proton Storage, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202102375

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