锂/钠离子水电池（AIBs）由于其低成本，安全性和环境友好性而受到越来越多的关注。但是，水性电解质的狭窄电化学稳定性窗口（1.23 V）显著阻碍了AIBs的发展，尤其是在电极材料的选择上。近日，中科大张学谦等人开发了由LiClO ₄，尿素和H₂O组成的新型水性电解质，该电解质为解决水性电解质狭窄而稳定的运行窗口提供新的选择，从而为大型应用提供经济高效的储能设备。

文章要点：

1）用两个标准筛选了潜在的有机分子和锂盐以制备水性电解质：（1）有机分子或锂盐阴离子的还原电势必须高于析氢的电势，并且有机分子的氧化电势必须低于氧气释放的水平；（2）还原或氧化产物应不溶于电解质，从而在电极表面形成致密的固体沉积物。

2）开发了由LiClO ₄，尿素和H₂O组成的水性电解质，其电化学稳定性窗口扩大到3.0V。新型[Li（H₂O）_x（有机）_y ]⁺在这种水性电解质中形成了溶剂化鞘结构，这有助于在正极和负极的表面上形成固体-电解质界面层。扩展的电化学稳定性窗口可构建具有LiMn₂O₄正极和Mo₆S₈负极的完整水性锂离子电池，证明其工作电压为2.1 V，在2000次循环中具有稳定性。

3）使用Na₃V₂（PO₄）₃作为正极和负极的对称Na-离子水性电池，其工作电压为1.7 V，并且在1000次循环中以5 C的速率具有稳定性。

4）结合各种原位/操作技术，发现在正极和负极表面均形成致密和保护性界面，分析了其关键成分的化学性质和形成机理。确定了成功形成水性SEI的几个关键因素：（1）选择易于在所需电势下发生电化学还原的有机分子（高于H₂析出和/或低于O₂析出）产生固体产物，（2）调节Li⁺/Na⁺：H₂O：尿素的比例，以增加涉及有机分子的电化学相互作用的可能性，同时防止固体沉积物电极表面的溶解和水解。

Hou, Z.,et al, Formation of Solid–Electrolyte Interfaces in Aqueous Electrolytes by Altering Cation‐Solvation Shell Structure. Adv. Energy Mater.,2020

DOI:10.1002/aenm.201903665

https://doi.org/10.1002/aenm.201903665