تتيح الإلكتروليتات المصممة حديثًا بطاريات الليثيوم ذات كثافة طاقة تزيد عن 700 واط/كجم
| Jerry Huang
ملاحظة المحرر: توفر المواد المُصنّعة حديثًا فرصًا لتطوير إلكتروليتات جديدة تُمكّن خلايا الليثيوم المعدنية من تحقيق كثافة طاقة تتجاوز 700 واط/كغ عند درجة حرارة الغرفة، ونحو 400 واط/كغ عند -50 درجة مئوية. يلعب ملح الليثيوم LiFSI دورًا هامًا في تصميم الإلكتروليتات. كل الشكر والتقدير للباحث المتميز وفريق الأكاديمي جون تشين وتشينغ تشاو من جامعة نانكاي على هذا البحث الرائع. ما هي النتائج الملهمة التي قد يُقدمها لنا هذا البحث؟ دعونا نلقي نظرة.
خلاصة
هيمنت على مذيبات الإلكتروليت للأجهزة الكهروكيميائية خلال العقود الماضية روابطٌ قائمة على الأكسجين (O) والنيتروجين (N)، حيث يُشكل تفاعل ثنائي القطب مع الأيونات (Li+، Na+، وما إلى ذلك) عادةً أساس تفكك الأيونات ونقلها، ولكنه يُعيق عملية نقل الشحنة عند سطح التماس بين الإلكتروليت والقطب. في هذه الدراسة، ومن خلال تصنيع الألكانات ذات البنية أحادية الفلور، نُبين أن الروابط القائمة على الفلور (F) ذات الإعاقة الفراغية المصممة وقاعدية لويس تُتيح إذابة الأملاح بتركيز يزيد عن 2 مول/لتر. ومن بينها، يتميز إلكتروليت أيونات الليثيوم القائم على 1،3-ثنائي فلورو البروبان (DFP) بجميع المزايا اللازمة للبطاريات عالية الكثافة الطاقية والمنخفضة الحرارة، بما في ذلك اللزوجة المنخفضة (0.95 سنتي بواز)، والثبات العالي للأكسدة (>4.9 فولت)، والتوصيل الأيوني البالغ 0.29 ملي سيمنز/سم عند -70 درجة مئوية. من خلال دمج ذرات الفلور في غلاف الإذابة الأول، يُسهّل التناسق الضعيف بين الفلور وأيونات الليثيوم عملية ترسيب/إزالة الليثيوم بكفاءة كولومبية تصل إلى 99.7% وكثافة تيار تبادل أكبر بعشرة أضعاف من كثافة تيار التبادل في حالة التناسق بين الأكسجين وأيونات الليثيوم عند درجة حرارة -50 درجة مئوية. كما تُمكّن هذه الإلكتروليتات من تشغيل خلايا الليثيوم المعدنية المرنة بكمية إلكتروليت أقل من 0.5 غرام/ساعة، محققةً كثافة طاقة تتجاوز 700 واط ساعة/كيلوغرام عند درجة حرارة الغرفة، وحوالي 400 واط ساعة/كيلوغرام عند درجة حرارة -50 درجة مئوية. تُقدّم إلكتروليتات الهيدروفلوروكربون (HFC) المستخدمة في هذا العمل نهجًا عمليًا لبناء أنظمة كهروكيميائية تتجاوز كيمياء التناسق التقليدية.
مرجع
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10210-6