A 2.6 m Aqueous Electrolyte for High-Energy-Density Lithium-Ion Pouch Cells Using NbO 2 Anode

水溶液 阳极 电解质 化学工程 混溶性 溶剂化 电池(电) 电化学 材料科学 化学 无机化学 阴极保护 盐(化学) 阴极 图层(电子) 纳米颗粒 降级(电信)
作者
Chuanyu Hou,Changming Ke,Runze Chen,Yangfan Lin,Qin Huang,Shi Liu,Jianhui Wang
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:11 (1): 654-663
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c03327
摘要

Niobium-based oxides are promising high-energy-density anodes (>300 mAh g–1 at 1.0–2.0 V vs Li+/Li) but face challenges with conventional aqueous electrolytes. Herein, we develop a cost-effective, dilute aqueous electrolyte modulated by methylurea (MU), a nonflammable, low-toxicity cosolvent. Leveraging its donor–acceptor amphiphilicity and structural asymmetry, MU enhances miscibility with salt and water, enabling a 2.6 m solution with a distinctive solvation structure: an inner sheath dominated by MU and anions, and an outer layer where water is anchored by MU. This configuration reduces water activity and promotes a robust organic–inorganic interphase, effectively suppressing hydrogen evolution and extending the cathodic stability limit to 1.2 V vs Li+/Li. Pouch cells of NbO2|LiCoO2 and NbO2|LiMn2O4 show 96% capacity retention after 24 h at 100% state of charge, along with stable cycling over 150 cycles at 0.25 C. This strategy enhances aqueous battery performance while maintaining safety and cost-efficiency, advancing practical implementation.
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