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由于水分解，傳統(tǒng)的水系電解液受到窄電壓窗口的影響。高濃度電解液可擴大電壓窗口；然而，它們受到高成本和潛在毒性的限制。

香港中文大學(xué)盧怡君等通過引入環(huán)丁砜作為氫鍵受體來限制水活性，從而開發(fā)出一種氫鍵錨定電解液（環(huán)丁砜：H₂O = 87:13，重量比）。

圖1 傳統(tǒng)水系鋰離子電池的主要問題，以及為抑制HER提出的兩種策略

設(shè)計的電解液將電壓窗口擴大到 3.4 V（1.3-4.7 V vs. Li+/Li）并形成分層的負(fù)極-電解質(zhì)界面以抑制析氫反應(yīng)。水系Li₄Ti₅O₁₂/LiMn₂O₄全電池在1 C下 300 次循環(huán)后達(dá)到141 Wh kg^-1，在5 C下1000 次循環(huán)后達(dá)到125 Wh kg^-1，并且?guī)靵鲂矢哌_(dá)99.5%–99.9%。

圖2 氫鍵錨定電解液的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口和FTIR譜

在線電化學(xué)質(zhì)譜顯示循環(huán)時氫氣/氧氣的析出可忽略不計，從而進(jìn)一步證實了所設(shè)計電解液的穩(wěn)定性。

這項工作強調(diào)，掌握氫鍵相互作用有助于從熱力學(xué)和動力學(xué)兩方面調(diào)整帶電界面處的水反應(yīng)性，這為經(jīng)濟高效的水系電解液設(shè)計和通過水分解制氫提供了新的見解。

圖3 全電池性能

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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港中大盧怡君Matter：氫鍵固定電解液實現(xiàn)高能量密度水系電池

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