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. Ein besonderer Dank gilt den Akademikern Jun Chen und Qing Zhao von der Nankai-Universität für ihre herausragende Forschung und ihren innovativen Ansatz.
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. Durch die Synthese von Alkanen mit monofluorierten Strukturen zeigen wir, 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