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質子是可充電電池的理想電荷載體，因為它具有較小的離子半徑、超快的擴散動力學和廣泛的可用性。然而，在常用的酸性電解液中，極化的水和質子（即水合氫）與電極材料的相互作用往往會導致電極結構扭曲，電極表面上的水合氫吸附也促進了析氫副反應。

在此，澳大利亞新南威爾士大學趙川教授等人報道了一種“糖包水”電解液，即將高濃度葡萄糖溶解在酸中以實現裸質子嵌入，實現擴展的3.9 V工作電位窗口，且循環時在電極表面形成葡萄糖衍生的有機薄膜。

分子動力學模擬揭示了大量電解液中自由水的顯著減少，而DFT計算表明，葡萄糖優先結合到電極表面，可以抑制水的吸附。游離水的稀缺和有機膜的保護性的協同作用可以抑制水與電極表面的相互作用，從而實現裸質子（脫）嵌入。

圖1. 糖包水電解液的電化學性能

因此，糖包水電解液使MoO₃負極在30 A g^-1下具有超過100000次循環的超長循環壽命、≈100% 的庫侖效率，以及從4到40 A g^-1的優異倍率性能，連同可觀的可逆容量≈205 mAh g^-1。

作者認為，也許比質子存儲性能更重要的是有機中間相和糖添加劑導致的游離水的稀缺性，這為水性質子電化學開辟了新的途徑。

圖2. 糖包水電解液循環前后的示意圖

“Water-in-Sugar” Electrolytes Enable Ultrafast and Stable Electrochemical Naked Proton Storage, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202102375

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