再也不怕锂离子电池起火了！水基电解质的锂离子电池需要来了，安全性能得到极大提升

锂离子电池因其易燃的有机电解质而成为火灾隐患。因此，已经有很多努力利用水基电解质作为一个更安全的替代品。但是，由于水分子会在电池内电解成氢和氧，导致效率低下、设备寿命短、安全问题等问题，阻碍了这一目标的实现。

为了抑制不需要的电解水，它是必要的溶解盐在水溶液中的高度浓度的锂离子电池。这些电解质中盐的体积和重量都高于水，因此它们被称为盐中的水电解质(WiSE)。因此，电解质的粘度非常高，理论上应该会阻碍锂离子的输运。根据传统理论，这在很大程度上是意料之中的。传统理论预测，在这种超浓缩环境中，水-电解质系统将以均匀混合物的形式存在。换句话说，所有的水分子都应该与离子相互作用，因此水分子之间的氢键被完全破坏。

然而，锂离子输运在这些高度粘滞的智慧中往往出人意料地快。以前的研究使用拉曼光谱和分子动力学(MD)模拟，通过观察这些超浓缩水电解质内部完全被离子包围的孤立水分子，来阐明WiSE中水分子的扩展电化学稳定窗口。然而，这还不足以解释WiSE内部锂离子的快速传输。

最近，基础科学研究所(IBS)和大邱庆北科学技术院(DGIST)分子光谱学与动力学研究中心(CMSD)的研究小组发现了水动力学和锂离子运移之间的相关性。他们使用偏振选择性红外泵探光谱(IR-PP)和介电弛豫光谱(DRS)来观察超浓盐溶液中的水分子。

IR-PP是一种时间分辨非线性光谱，可以检测单个水分子的振动和旋转动力学，这对确定其氢键伙伴是有用的。同时，DRS作为一种补充工具，可以测量电解质中化学物质的浓度，并为溶液的集体属性提供线索。

通过这些技术，研究小组观察到WiSE中大量的体积状水显示出纯水的特性。这意味着即使在超高盐浓度(28m)下，仍有大量水分子的“口袋”与其他水分子形成氢键，这表明在纳米尺度上溶剂化结构的不均匀性。此外，事实证明，体积状水的旋转动力学比阴离子束缚水的旋转动力学快。这些观察确定了锂离子快速运输的原因相对于大粘度的超浓水电解质。

研究人员强调,这项研究是第一个例解释观察超浓缩水电解质的水分子动力学在分子水平上,”和“这是可能的,因为IR-PP有能力区分并观察水分子氢键的伙伴。

CMSD主任CHOMinHaeng教授说:“水在锂离子运输机制中发挥了重要作用，而不仅仅是超浓缩水电解质中的溶解盐。本研究有望为其他在分子水平上促进锂离子输运的超浓电解质提供设计原则。”

这项研究发表在11月25日的ACS能源快报在线版上。