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明軍團隊ACS Energy Letters：弱溶劑-溶劑相互作用使電池電解液具有高穩(wěn)定性

電解質(zhì)在金屬離子電池中發(fā)揮著重要作用，而對電解質(zhì)特性和金屬離子傳輸之間關(guān)系的理解仍不明確。

在此，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所明軍教授團隊通過核磁共振（NMR）研究了電解質(zhì)中存在的弱溶劑-溶劑相互作用，并首次發(fā)現(xiàn)這種相互作用具有穩(wěn)定電解質(zhì)的重要功能。

與此同時，作者還更新了對碳酸乙烯酯（EC）溶劑在鋰離子電池電解質(zhì)中作用的理解并發(fā)現(xiàn)EC溶劑可以通過弱的分子間相互作用穩(wěn)定線性碳酸鹽電解液，特別是碳酸二乙酯（DEC）電解液，增強Li+(EC)x(DEC)y復(fù)合物的軌道間的能量差，進而表現(xiàn)出強大的抗還原能力。

圖1. 弱溶劑-溶劑相互作用的二維1H-1H相關(guān)光譜（COSY）

總之弱溶劑-溶劑相互作用在溶劑分子之間普遍存在，這在調(diào)節(jié)電解質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定電解質(zhì)方面起著重要作用。以最常用的基于EC/DEC的電解質(zhì)為例，這種弱溶劑-溶劑相互作用可以改變Li+(溶劑)x(溶劑)y和Li0(溶劑)x(溶劑)y軌道之間的能量差，然后調(diào)整電解質(zhì)穩(wěn)定性。

這一發(fā)現(xiàn)刷新了對EC溶劑在電池電解質(zhì)中功能的認知，不僅如此，這種弱溶劑-溶劑相互作用的影響也在其他類型的電解質(zhì)和電池系統(tǒng)中得到了驗證。因此，這項工作揭示了弱溶劑-溶劑相互作用的重要性，對未來在分子水平上設(shè)計高性能電解質(zhì)具有指導(dǎo)意義。

圖2. 同樣具有穩(wěn)定功能的其他種類的電解質(zhì)中存在弱溶劑-溶劑相互作用的證據(jù)

Weak Solvent–Solvent Interaction Enables High Stability of Battery Electrolyte ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c00052

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