ACS Energy Lett.：打破常规，重新审视盐包水电解液优异性能的原因

水系锌电池在电网规模储能方面的应用受到其较差可逆性和竞争性水分解反应的限制。最近发明的盐包水(WIS)电解液概念提供了一条新途径，可实现稳定且高度可逆的水系锌电池化学。

美国芝加哥大学Andrei Tokmakoff、科罗拉多大学Michael F. Toney、圣母大学Edward J. Maginn等人采用组合的X射线总散射、X射线吸收光谱、FTIR光谱和经典分子动力学模拟研究了混合Zn(TFSI)₂和LiTFSI WIS电解质中的Zn²⁺溶剂化结构。

在这里，Zn(TFSI)₂的浓度为1 m，LiTFSI的浓度为1、5、10 和20 m。模拟结果的准确性通过实验性X射线总散射和FTIR进行了验证。结果发现，添加1 m Zn(TFSI)₂后，Li⁺溶剂化结构没有改变，并且与LiTFSI WIS电解液中的相似。

本研究中使用的各种实验和模拟技术都表明，这些混合WIS电解液具有相同的溶剂化结构，即Zn(H₂O)₆ ²⁺。即使在最高盐浓度下，在Zn²⁺的第一个溶剂化壳中也不存在显着程度的TFSI−阴离子。

图1 基于具有不同LiTFSI浓度的1 m Zn(TFSI)₂水溶液的MD模拟

此外，作者在373 K下也进行了模拟，结果发现了相同的溶剂化结构。这些发现与之前提出见解有根本的不同。这项工作的意义是双重的。首先，必须重新审视之前对该系统异常高稳定性的解释，即随着盐浓度的增加，TFSI−从Zn²⁺溶剂化环境中取代水。整体溶剂化环境的变化似乎不是报道的电化学性能的原因。

其次，需要进行额外的工作来解释潜在的机制。作者认为界面电化学过程最有可能发挥重要作用，未来的实验和计算研究应致力于了解高浓度水系电解液的界面结构、反应性和动力学。

图2 (a)自由和配位TFSI−在 Zn²⁺−O(TFSI)相互作用方面的实验和计算概率(b)Zn(TFSI)₂水溶液中Zn²⁺和O(TFSI)之间计算的径向分布与Zn(TFSI)₂浓度的函数

Water or Anion? Uncovering the Zn²⁺ Solvation Environment in Mixed Zn(TFSI)₂ and LiTFSI Water-in-Salt Electrolytes. ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01624

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