Localized High‐Concentration Electrolyte in Li‐Mediated Nitrogen Reduction for Ammonia Synthesis

电解质 溶剂化 材料科学 法拉第效率 溶解度 化学工程 离子 无机化学 化学 有机化学 物理化学 电极 工程类
作者
Hyeju Yun,Chaeeun Lim,Minjun Kwon,Dongmin Lee,Yongju Yun,Dong‐Hwa Seo,Kijung Yong
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202408280
摘要

Abstract The lithium‐mediated nitrogen reduction reaction (Li‐NRR) is a promising green alternative to the Haber–Bosch process for ammonia synthesis. The solid electrolyte interphase (SEI) is crucial for high efficiency and stability, as it regulates reactant diffusion and suppresses side reactions. The SEI properties are greatly influenced by the Li + ion solvation structure, which is controllable through electrolyte engineering. Although anion‐derived SEI enhances selectivity and stability, it has typically been engineered using high‐concentration electrolytes (HCEs), which face mass transfer, viscosity, and cost issues. In this study, a localized high‐concentration electrolyte (LHCE) in the Li‐NRR is first introduced, enabling the formation of anion‐derived SEI in a low‐concentration electrolyte (LCE) by enhancing the Li–anion coordination using an antisolvent. Among various antisolvents, 1,1,2,2‐tetrafluoroethyl‐2,2,3,3‐tetrafluoropropyl ether (TTE) achieves the highest ammonia Faradaic efficiency (73.6 ± 2.5%), more than double that of the LCE (34.3 ± 2.8%) and exceeding the HCE (56.0 ± 2.8%). Systematic calculations and experimental analyses show that the LHCE exhibits anion‐rich solvation structures and forms thin, inorganic SEI. Moreover, the LHCE has advantages of low viscosity and high N 2 solubility, which facilitate mass transport. This study suggests the application of LHCE as an effective electrolyte engineering strategy to enhance the Li‐NRR efficiency.
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