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主營產(chǎn)品： 水分吸附分析儀,水分吸附等溫線,蒸汽吸附分析儀 |
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2025-3-5 閱讀(124)
Zhigalenok Y, Abdimomyn S, Levi M, et al. Water activity: the key to unlocking high-voltage aqueous electrolytes?[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2024, 12(48): 33855-33869.
水性電解質(zhì)因其安全性和環(huán)境友好性，在下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)中展現(xiàn)出巨大的潛力。然而，其狹窄的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口限制了其在高電壓應(yīng)用中的表現(xiàn)。水分活度（water activity, aw）作為影響電解質(zhì)性能的關(guān)鍵因素，可能成為解鎖高電壓水性電解質(zhì)的關(guān)鍵。
水分活度與電化學(xué)穩(wěn)定性窗口的關(guān)系
研究表明，水分活度的降低可以顯著影響水性電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口，尤其是通過抑制氧析出反應(yīng)（OER）來擴(kuò)展電壓窗口。這種效應(yīng)主要是由動(dòng)力學(xué)因素驅(qū)動(dòng)的，而非熱力學(xué)因素。通過降低水分活度，電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口得以擴(kuò)大，從而為高電壓應(yīng)用提供了可能性。
當(dāng)前擴(kuò)展策略的挑戰(zhàn)
盡管高濃度電解質(zhì)、鹽包水系統(tǒng)和疏水性離子等方法能夠有效降低水分活度并擴(kuò)大電化學(xué)窗口，但這些方法也帶來了離子電導(dǎo)率下降和粘度增加等問題。例如，在“鹽包水"電解質(zhì)中，電導(dǎo)率降至與有機(jī)電解質(zhì)相當(dāng)?shù)乃?，而粘度則呈指數(shù)增長。這些問題限制了這些電解質(zhì)在實(shí)際應(yīng)用中的性能。
平衡設(shè)計(jì)的重要性
為了克服這些挑戰(zhàn)，研究人員主張?jiān)谒噪娊赓|(zhì)的設(shè)計(jì)中采取平衡的方法，綜合考慮以下因素：
離子遷移率：確保電解質(zhì)具有足夠的離子導(dǎo)電性。
鹽溶解度：優(yōu)化鹽的濃度以平衡電化學(xué)性能和物理性質(zhì)。
粘度：降低粘度以提高電解質(zhì)的流動(dòng)性和電池的充放電效率。
操作溫度范圍：確保電解質(zhì)在寬溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。
電化學(xué)穩(wěn)定性：通過調(diào)控水分活度來擴(kuò)展電化學(xué)窗口。
水分活度的測量
水分活度的精確測量對(duì)于優(yōu)化電解質(zhì)性能至關(guān)重要。例如，美國Addium, Inc.公司的AquaLab 4TE水分活度儀能夠以±0.003 a_w的準(zhǔn)確性測量電解質(zhì)的水分活度，為研究和開發(fā)提供了可靠的工具。
未來展望
水分活度的調(diào)控為高電壓水性電解質(zhì)的設(shè)計(jì)提供了新的思路。通過深入研究水分活度對(duì)電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，研究人員可以開發(fā)出更高效、更安全的水性電解質(zhì)，推動(dòng)下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展。
總之，水分活度可能是解鎖高電壓水性電解質(zhì)性能的關(guān)鍵。通過平衡設(shè)計(jì)，研究人員可以克服當(dāng)前擴(kuò)展策略的局限性，為未來的能源存儲(chǔ)解決方案開辟新的可能性。
