基于LiFSI和NaFSI的水性电解质的稳定性——Monionic双氟磺酰亚胺钠

通过本体效应、界面效应和界面效应的结合，采用高盐浓度的盐包水电解质比传统的稀水电解质具有更宽的电化学稳定性窗口。在这里，我们探讨了双（氟磺酰基）亚胺（FSI）盐水溶液作为锂离子和钠离子电池电解质的化学稳定性、电导率、粘度和电化学稳定性。我们证明FSI阴离子在这种环境中容易水解。然而，反应的动力学在很大程度上取决于盐浓度和阳离子的性质。有趣的是，我们发现 NaFSI 解决方案明显比 LiFSI 解决方案更稳定。高浓度NaFSI溶液还具有较宽的电化学稳定性窗口和高电导率。

开发了一种基于水性电解质的新型可充电电池，作为基于有机电解质的锂离子电池的大规模固定式储能替代品。这种电池系统固有的不可燃性和潜在的低总拥有成本使其成为该应用的有希望的候选者[1,2]。水性电池面临的挑战是水的电化学稳定性窗口狭窄（25 °C时热力学为1.23 V），这限制了它们的能量密度。在最近的报道中，非常高的盐浓度被证明将水的狭窄电化学稳定性窗口扩展到1.5 V以上[[3]，[4]，[5]，[6]]。提出了以下机制来解释高浓度水电解质增强的电化学稳定性：（i）高浓度电解质中水的低迁移率和浓度施加了水电解的过电位，（ii）阴极表面被大阴离子阻塞，导致

在一项开创性的研究中，双（三氟甲磺酰基）亚胺（TFSI）阴离子被鉴定在非常高的盐浓度下具有这种SEI形成特性[3]。LiTFSI是TFSI阴离子的锂盐，在水中具有非常高的溶解度（25°C时为21molkg-1（21m）。结合TFSI的高氧化稳定性，LiTFSI的21m水溶液成为新一代具有增强电化学稳定性的水电解质的第一个例子[3]。这些电解质也称为盐包水电解质，因为溶液中的盐部分在重量和体积上都超过了水部分。盐包水法的发现随后刺激了基于该原理的各种化学研究[5,6，[9]，[10]，[11]，[12]，[13]，[14]，[15]，[16]]。

考虑到钠盐的成本通常显着降低，盐包水电解质的盐浓度很高，开发水似乎特别有趣

双（氟（烷基）磺酰亚胺）钠盐具有足够高的溶解度以实现高电化学稳定性的罕见例外是双（氟磺酰亚胺）（NaFSI）钠。事实上，我们发现高浓度NaFSI电解质的稳定性窗口与典型的锂离子盐包水电解质相当[6]。然而，人们对FSI阴离子对水解的化学稳定性提出了担忧[18]。

在这里，我们研究了不同浓度的NaFSI和LiFSI水溶液的化学稳定性。我们发现阳离子对基于FSI的解决方案的稳定性有很大影响。此外，我们还确定了LiFSI和NaFSI水溶液的关键物理化学性质，包括电导率、粘度和电化学稳定性。