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鹽包水的概念顯著提高了水系電解質的電化學穩定性，與有機溶劑或離子液體的雜化進一步增強了它們的還原穩定性，并使電池具有高達150 Wh kg^-1的能量密度（基于活性材料）。

瑞士聯邦材料科學與技術研究所Ruben-Simon Kühnel等引入丁二腈作為助溶劑報道了一種水/離子液體/丁二腈混合電解質(WISHE)，并評估了它們的電化學性能。

圖1 分子動力學模擬

丁二腈(SN)本身在室溫下是一種塑性固體，能夠溶解高達≈15 mol%的各種鹽類，并且在水中具有很高的溶解度，此外SN非揮發特性和極性腈基團的結合使其成為補充濃縮WiS/IL混合電解質的完美候選者。值得注意的是，這為四元水/離子液體/丁二腈混合電解質開辟了巨大的設計空間，可以針對最高的電化學穩定性（例如，最小化水含量）、高倍率性能（例如，通過添加助溶劑增加離子電導率）或最低成本（例如，通過減少鹽和/或IL含量）進行定制。

研究顯示，將 SN引入到混合電解質中后，離子電導率(2-4 mS cm^-1)增加了2到4倍，同時保持了出色的電化學穩定性和性能，水系Li₄Ti₅O₁₂/LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂電池在25甚至0°C下表現出優異的循環穩定性，同時也具有強大的倍率性能，與1C相比，在10C下的容量保持率高達50%。

圖2 循環伏安測試

研究結果進一步為水系混合電解質的開發提供了指導：

i)大部分離子液體會降低鋰傳輸數且成本高，但少量離子液體可提高電化學穩定性并允許較大的鹽與水比例；

ii)SN允許完全規避混合電解質的鹽溶解度限制，并提高離子電導率，但太大的比例會使配方易燃，并由于水和陰離子從鋰溶劑化殼中的置換而降低鋰傳輸數和電化學穩定性；

iii) 緊密的Li⁺-腈配位和快速SN的構象動力學有利于鋰離子的傳輸，從而獲得優異的倍率性能。因此，SN和其他可能具有極性官能團的腈或溶劑是控制水系混合電解質的溶液結構和動力學的完美候選者。

圖3 LTO/NMC811全電池性能

Water/Ionic Liquid/Succinonitrile Hybrid Electrolytes for Aqueous Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202112138

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AFM：丁二腈助溶劑助力水系電池混合電解質

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