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水性電解質通常電化學穩定性差；然而，共晶水溶液(25 wt.%和62 wt.% H3PO4)冷卻至-7℃時表現出顯著加寬的穩定性窗口。

研究表明，冷卻后，Li+離子的水合度降低并與Cl-配對，形成冰狀水簇，并且H…Cl-鍵合增強。特別地，這種低溫溶劑化結構并沒有增強水分子的O-H鍵，這與傳統觀點相反，即增加水的穩定性需要加強O-H共價鍵。

在此，美國俄勒岡州立大學紀秀磊教授&方翀教授&加利福尼亞大學Peter Alex Greaney團隊提出水在電解質中的低溫惰性的通用機制：氫和氧析出反應的副產物OH-和H+的不太有利的溶劑化。為了展示這種穩定性，本文展示了一種使用LiMn₂O₄正極和CuSe負極的水系鋰離子電池，能量密度高達109 Wh/kg。

圖1. 光譜和模擬結果揭示了25 wt.% LiCl電解質在不同溫度下的化學環境

雖然水O-H鍵的強度以及OH^–和H⁺的溶劑化都會影響水的穩定性窗口，但低溫共晶LiCl電解質為理解液態水的電化學穩定性作為溶劑化能量的函數提供了一個獨特的場所。

通過FSRS、NMR和AIMD的協同結果揭示了更多的DDAA結構的形成，以及水配體與光照離子的偏離，從而允許光照與氯離子配對，以及增強的H…C氫鍵。

這種化學環境不僅提供了一個新的理論，而且可以有效地降低OH^–和H⁺離子的溶劑化能，大力抑制HER和OER，從而提高水的電化學穩定性。

圖2. 不同溫度下鋰離子電池的電化學性能

Strengthening Aqueous Electrolytes without Strengthening Water, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202307212

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紀秀磊/方翀Angew.：強化水性電解質而不強化水

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