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，在下一代儲能系統(tǒng)中展現(xiàn)出巨大的潛力。然而，其狹窄的電化學穩(wěn)定性窗口限制了其在高電壓應用中的表現(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)的電化學穩(wěn)定性窗口，尤其是通過抑制氧析出反應（OER）來擴展電壓窗口。這種效應主要是由動力學因素驅(qū)動的，而非熱力學因素。通過降低水分活度，電解質(zhì)的電化學穩(wěn)定性窗口得以擴大，從而為高電壓應用提供了可能性。

當前擴展策略的挑戰(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大電化學窗口，但這些方法也帶來了離子電導率下降和粘度增加等問題。例如，在“鹽包水"電解質(zhì)中，電導率降至與有機電解質(zhì)相當?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)在實際應用中的性能。

平衡設(shè)計的重要性

為了克服這些挑戰(zhàn)，研究人員主張在水性電解質(zhì)的設(shè)計中采取平衡的方法，綜合考慮以下因素：

• 離子遷移率：確保電解質(zhì)具有足夠的離子導電性。

• 鹽溶解度：優(yōu)化鹽的濃度以平衡電化學性能和物理性質(zhì)。

• 粘度：降低粘度以提高電解質(zhì)的流動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。

• 電化學穩(wěn)定性：通過調(diào)控水分活度來擴展電化學窗口。

水分活度的測量

水分活度的精確測量對于優(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)計提供了新的思路。通過深入研究水分活度對電極反應動力學和系統(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)，推動下一代儲能系統(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，研究人員可以克服當前擴展策略的局限性，為未來的能源存儲解決方案開辟新的可能性。