锂离子电池中的有机电解液易燃，容易引发火灾事故。人们一直致力于使用水基电解液作为更安全的替代品。但是水分子在电池中电解成氢气和氧气会产生很多问题，比如效率低、器件寿命短、安全问题等，这些都会阻碍这一进程。
(资料来源:IBS)
为了防止不必要的水电解，有必要以非常高的浓度在含水锂离子电池中溶解盐。这些电解质中盐的体积和重量都高于水，称为盐包水电解质(WiSE)。这种电解液的粘度很高，理论上会阻碍锂离子的传输。传统理论预言，在这种超浓缩的环境中，水-电解质体系将以均匀混合物的形式存在。换句话说，所有的水分子都应该与离子发生作用，从而彻底打破水分子之间的氢键。
然而，在这些高粘度的电解质中，锂离子的传输速度往往出乎意料地快。先前的研究通过拉曼光谱和分子动力学(MD)模拟进行了观察，发现在这些超浓缩电解质中，孤立的水分子完全被离子包围，从而阐明了水分子在WiSE中具有扩展的电化学稳定窗口。但这不足以解释锂离子在WiSE中的快速传输。
据国外媒体报道，近日，韩国基础科学研究院(IBS)分子光谱学和动力学中心(CMSD)和大邱庆北科学技术研究院(DGIST)的研究团队发现，流体动力学和锂离子运输之间存在相关性。研究人员使用偏振选择性红外泵浦光谱(IR-PP)和介电弛豫光谱(DRS)来观察超浓缩盐溶液中的水分子。
IR-PP是一种时间分辨的非线性光谱，可以检测单个水分子的振动和转动动力学，可以用来确定其氢键配偶体。同时，作为辅助工具，DRS可以测量电解液中化学物质的浓度，帮助确定溶液的整体性质。
通过这些技术，研究小组观察到WiSE中大量的块状水呈现出纯水的特征。这意味着即使在超高盐浓度(28 m)下，大量水分子“口袋”仍与其他水分子形成氢键，这表明了溶剂化结构在纳米尺度上的不均一性。此外，还证明了块状水的转动动力学比阴离子结合水快。通过一些观察，我们可以确定锂离子在高粘度的超浓水电解质中快速传输的原因。
研究人员强调，这是首次在分子水平上解释超浓缩水电解质中水的分子动力学。IR-PP具有根据氢键伴侣来区分和观察水分子的能力，因此有可能做到这一点。CMSD的负责人CHO Min Haeng教授说:“在锂离子运输机制中，水扮演着重要的角色，而不仅仅是超浓缩水电解质中的溶解盐。这项研究有望为开发其他能够在分子水平上促进锂离子运输的超浓缩电解质提供设计原则。”锂离子电池中的有机电解液易燃，容易引发火灾事故。人们一直致力于使用水基电解液作为更安全的替代品。但是水分子在电池中电解成氢气和氧气会产生很多问题，比如效率低、器件寿命短、安全问题等，这些都会阻碍这一进程。
(资料来源:IBS)
为了防止不必要的水电解，有必要以非常高的浓度在含水锂离子电池中溶解盐。这些电解质中盐的体积和重量都高于水，称为盐包水电解质(WiSE)。这种电解液的粘度很高，理论上会阻碍锂离子的传输。传统理论预言，在这种超浓缩的环境中，水-电解质体系将以均匀混合物的形式存在。在其他wo中……s，所有水分子都要与离子相互作用，从而彻底打破水分子之间的氢键。
然而，在这些高粘度的电解质中，锂离子的传输速度往往出乎意料地快。先前的研究通过拉曼光谱和分子动力学(MD)模拟进行了观察，发现在这些超浓缩电解质中，孤立的水分子完全被离子包围，从而阐明了水分子在WiSE中具有扩展的电化学稳定窗口。但这不足以解释锂离子在WiSE中的快速传输。
据国外媒体报道，近日，韩国基础科学研究院(IBS)分子光谱学和动力学中心(CMSD)和大邱庆北科学技术研究院(DGIST)的研究团队发现，流体动力学和锂离子运输之间存在相关性。研究人员使用偏振选择性红外泵浦光谱(IR-PP)和介电弛豫光谱(DRS)来观察超浓缩盐溶液中的水分子。
IR-PP是一种时间分辨的非线性光谱，可以检测单个水分子的振动和转动动力学，可以用来确定其氢键配偶体。同时，作为辅助工具，DRS可以测量电解液中化学物质的浓度，帮助确定溶液的整体性质。
通过这些技术，研究小组观察到WiSE中大量的块状水呈现出纯水的特征。这意味着即使在超高盐浓度(28 m)下，大量水分子“口袋”仍与其他水分子形成氢键，这表明了溶剂化结构在纳米尺度上的不均一性。此外，还证明了块状水的转动动力学比阴离子结合水快。通过一些观察，我们可以确定锂离子在高粘度的超浓水电解质中快速传输的原因。
研究人员强调，这是首次在分子水平上解释超浓缩水电解质中水的分子动力学。IR-PP具有根据氢键伴侣来区分和观察水分子的能力，因此有可能做到这一点。CMSD的负责人CHO Min Haeng教授说:“在锂离子运输机制中，水扮演着重要的角色，而不仅仅是超浓缩水电解质中的溶解盐。这项研究有望为开发其他能够在分子水平上促进锂离子运输的超浓缩电解质提供设计原则。”
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1900/1/1 0:00:00
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