Neu entwickelte Elektrolyte ermöglichen Lithiumbatterien mit einer Energiedichte von über 700 Wh/kg
| Jerry Huang
Anmerkung der Redaktion: Neu synthetisierte Materialien eröffnen Möglichkeiten für neuartige Elektrolyte, die es Lithium-Metall-Pouchzellen ermöglichen, Energiedichten von über 700 Wh/kg bei Raumtemperatur und etwa 400 Wh/kg bei -50 °C zu erreichen. Das Lithiumsalz LiFSI spielt dabei eine entscheidende Rolle. Herzlichen Dank an das Team von Akademiemitglied Jun Chen und Qing Zhao von der Nankai-Universität für ihre herausragende Forschung und ihren innovativen Ansatz. Welche neuen Erkenntnisse und Inspirationen ergeben sich aus ihrer Forschung? Schauen wir uns das genauer an.
Abstrakt
In den letzten Jahrzehnten dominierten sauerstoff- und stickstoffbasierte Liganden die Elektrolytlösungsmittel für elektrochemische Bauelemente. Die Dipol-Ionen-Wechselwirkung (Li⁺, Na⁺ usw.) bildet zwar die Grundlage für die Ionendissoziation und den Ionentransport, behindert aber den Ladungstransfer an der Elektrolyt-Elektroden-Grenzfläche. Wir zeigen hier durch die Synthese von Alkanen mit monofluorierten Strukturen, dass fluorbasierte Liganden mit gezielter sterischer Hinderung und Lewis-Basizität die Salzauflösung von mehr als 2 mol/L ermöglichen. Der auf 1,3-Difluorpropan (DFP) basierende Li-Ionen-Elektrolyt weist alle Vorteile für energiereiche und Tieftemperaturbatterien auf, darunter eine niedrige Viskosität (0,95 cP), eine hohe Oxidationsstabilität (>4,9 V) und eine Ionenleitfähigkeit von 0,29 mS/cm bei −70 °C. Durch den Einbau von Fluoratomen in die erste Solvathülle ermöglicht die schwache F–Li⁺-Koordination die Lithium-Abscheidung und -Auflösung mit einer Coulomb-Effizienz (CE) von bis zu 99,7 % und einer um eine Größenordnung höheren Austauschstromdichte als bei der O–Li⁺-Koordination bei −50 °C. Die Elektrolyte ermöglichen zudem den Betrieb von Lithium-Metall-Pouchzellen mit einer Elektrolytmenge von weniger als 0,5 g/Ah und erreichen Energiedichten von über 700 Wh/kg bei Raumtemperatur und etwa 400 Wh/kg bei −50 °C. Die in dieser Arbeit verwendeten Fluorkohlenwasserstoff-Elektrolyte (HFC) bieten einen praktikablen Ansatz für die Entwicklung elektrochemischer Systeme jenseits der traditionellen Koordinationschemie.
Referenz
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10210-6