溶媒和構造の微視的理解により、超高濃度塩水電解質における不均一性が明らかになった – Microscopic understanding of solvation structure reveals heterogeneity in the superconcentrated water-in-salt electrolytes –
2022-01-10 大韓民国・基礎科学研究院(IBS)
・安全な代替品として水ベースの電解質を利用するために多くの努力が払われてきました。しかし、これは、水分子がバッテリー内で水素と酸素に電気分解されるという問題によって妨げられ、効率の低下、デバイスの寿命の短さ、安全性の問題などのさまざまな問題を引き起こします。
・基礎科学研究所（IBS）と大邱慶北科学技術研究所（DGIST）の分子分光ダイナミクスセンター（CMSD）の研究チームが、水のダイナミクスとリチウムイオン輸送の相関関係を明らかにしました。
・研究チームはWiSE内のバルク状の水の相当量が純水の性質を示すことを確認しました。これは、超高塩濃度（28m）下でも、他の水分子と水素結合を形成するバルク水分子の「ポケット」が存在することを意味し、ナノスケールの溶媒和構造に不均一性があることを示しています。さらに、バルク状水の回転ダイナミクスは、アニオン結合水よりも速いことが判明した。これらの観察から、超高濃度水系電解質の大きな粘性に対して、高速なLiイオン輸送の原因が特定された。
<関連情報>
- https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000738/selectBoardArticle.do?nttId=20761&pageIndex=1&searchCnd=&searchWrd=
- https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.1c02012
超高濃度および共晶系水系電解質におけるリチウムイオン輸送を促進するダイナミックウォーター Dynamic Water Promotes Lithium-Ion Transport in Superconcentrated and Eutectic Aqueous Electrolytes
Jungyu Kim, Bonhyeop Koo, Joonhyung Lim, Jonggu Jeon, Chaiho Lim, Hochun Lee*, Kyungwon Kwak*, and Minhaeng Cho*
ACS Energy Lett. 2022, 7, 1, 189–196 Publication Date:December 10, 2021 https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c02012
Copyright © 2021 American Chemical Society
Abstract
Superconcentrated aqueous electrolytes have shown promise as safe and high-voltage lithium-ion battery (LIB) electrolytes. However, the interplay of lithium-ion solvation structure and dynamics with fast Li-ion transport has not been elucidated yet. Here, we combine the ultrafast femtosecond mid-IR spectroscopy, dielectric relaxation spectroscopy, pulsed-field gradient NMR, and molecular dynamics simulation for investigating the solvation structure and Li-ion transport mechanism in superconcentrated aqueous electrolytes. We found the existence of water molecules with vibrational and rotational properties very similar to those of bulk water, even at extremely high salt concentrations (28 m). Our experimental results show that the electrolytes have a heterogeneous solvation environment, and bulk-like water molecules promote fast Li-ion transport. We anticipate that the molecular understanding of the superconcentrated aqueous electrolytes obtained here would facilitate the design of solvation structures to overcome the limit of dilute LIB electrolytes.
