基于溶剂化和离子配位的水盐电解质界面形成的热力学效应
软凝聚态物质
2026-04-13 v2 材料科学
摘要
水盐电解质（Water-in-Salt-Electrolytes, WiSEs）是下一代电解质的一个有前景的类目。不同于经典稀释电解质或更常规的电池电解质，WiSEs以其超浓缩盐浓度和少量水分子为特征，这导致其扩宽的电化学稳定窗口（ESW）。ESW的扩宽部分归因于在负极形成的无机固体电解质界面（SEI）；这一原理同样适用于石墨和锂金属负极，以及超越锂离子技术的应用。溶剂化和离子配位是理解ESW扩张的关键描述因素。具体而言，导致SEI（或阴极电解质界面CEI）的反应必须在电极-电解质界面发生，因此反应物及其各种溶剂环境的分布情况至关重要。这种在界面上称为电双层（EDL）的分布，若无反应，则可称为电双层。本文进一步发展并分析了最近提出的WiSEs电双层中水合和离子配位的热力学理论。我们从bulk分子动力学模拟中对该理论进行参数化，并将其与EDL模拟进行基准测试，发现其在定性一致性方面表现良好。利用这一热力学理论，我们通过以下两种方式阐释了ESW的变化：通过Nernst方程改变bulk电解质中的活度，从而直接改变电解质的稳定性；以及通过Butler-Volmer方程和耦合离子电子传递动力学中的热力学变化，通过Helmholtz层中反应物种浓度来影响这些反应的动力学。
引用
@article{arxiv.2602.23875,
title = {Thermodynamic effects of solid electrolyte interphase formation from solvation and ionic association in water-in-salt electrolytes},
author = {Daniel M. Markiewitz and Michael McEldrew and Conor M. E. Phelan and Qianlu Zheng and Jasper Singh and Robert S. Weatherup and Rosa M. Espinosa-Marzal and Martin Z. Bazant and Zachary A. H. Goodwin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.23875},
year = {2026}
}