Water/Ionic Liquid/Succinonitrile Hybrid Electrolytes for Aqueous Batteries

丁二腈 离子液体 材料科学 电解质 电化学 水溶液 离子电导率 化学工程 溶解度 无机化学 有机化学 化学 电极 物理化学 工程类 催化作用
作者
David Reber,Oleg Borodin,Maximilian Becker,Daniel Rentsch,Johannes Helmut Thienenkamp,Rabeb Grissa,Wengao Zhao,Abdessalem Aribia,Gunther Brunklaus,Corsin Battaglia,Ruben‐Simon Kühnel
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (20) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/adfm.202112138
摘要

Abstract The water‐in‐salt concept has significantly improved the electrochemical stability of aqueous electrolytes, and the hybridization with organic solvents or ionic liquids has further enhanced their reductive stability, enabling cell chemistries with up to 150 Wh kg −1 of active material. Here, a large design space is opened by introducing succinonitrile as a cosolvent in water/ionic liquid/succinonitrile hybrid electrolytes (WISHEs). By means of succinonitrile addition, the solubility limits can be fully circumvented, and the properties of the electrolytes can be optimized for various metrics such as highest electrochemical stability, maximum conductivity, or lowest cost. While excessive nitrile fractions render the mixtures flammable, careful selection of component ratios yields highly performant, nonflammable electrolytes that enable stable cycling of Li 4 Ti 5 O 12 –LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 full cells over a wide temperature range with strong rate performance, facilitated by the fast conformational dynamics of succinonitrile. The WISHEs allow stable cycling with a maximum energy density of ≈140 Wh kg −1 of active material, Coulombic efficiencies of close to 99.5% at 1C, and a capacity retention of 53% at 10C relative to 1C.
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