Super-slow charging dynamics of water-in-salt electrolytes in subnanopore

电解质 化学物理 离子 电化学 扩散 溶剂化 材料科学 化学 分子动力学 离子运输机 解吸 强电解质 储能 快离子导体 吸附 工作(物理) 电化学电位 无机化学 聚合物电解质 化学工程
作者
Bingzheng Zhu,Jianguo Zhou,Yakun Jia,Jianglin Fu,Chenglin Liang,Tangming Mo
出处
期刊:Energy materials [OAE Publishing Inc.]
卷期号:6 (1)
标识
DOI:10.20517/energymater.2025.151
摘要

Water-in-salt electrolytes have attracted significant interest as high-performance electrolytes for electrochemical energy storage owing to their expanded electrochemical stability windows and enhanced safety. However, the mechanisms of ion transport and charging dynamics of water-in-salt electrolytes under nanoconfinement remain poorly understood. Here, we employed constant-potential-based molecular dynamics simulations to investigate ion transport and charging dynamics of water-in-salt electrolytes within subnanopore. In contrast to dilute solutions, an anomalous solvation-enhancement phenomenon was observed for highly concentrated electrolytes in subnanopore. Further analysis reveals that, contrary to bulk behavior, ion transport with enhanced solvation is strongly suppressed, ascribable to a transition in the transport mechanism from free diffusion to oscillatory interlayer migration. Additionally, in highly concentrated electrolytes within subnanopore, the distinctive layered structure restricts ion adsorption and desorption to the pore entrance during charging, ultimately yielding pronounced ion blockage. As a result, the charging rate of high-concentration electrolytes is reduced by nearly an order of magnitude relative to dilute solutions. These findings provide valuable insight into ion transport in water-in-salt electrolytes under nanoconfinement and offer theoretical guidance for the design of next-generation electrochemical energy storage systems.
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