Elettroliti di nuova concezione consentono di realizzare batterie al litio con una densità energetica superiore a 700 Wh/kg.
| Jerry Huang
Nota dell'editore: I materiali di nuova sintesi offrono opportunità per nuovi elettroliti che consentono alle celle a sacchetto al litio metallico di raggiungere densità di energia superiori a 700 Wh/kg a temperatura ambiente e circa 400 Wh/kg a -50 °C. Il sale di litio LiFSI svolge un ruolo molto positivo nella progettazione degli elettroliti. Un ringraziamento speciale all'eccellente ricerca e all'approccio degli accademici Jun Chen e Qing Zhao dell'Università di Nankai.
Abstract Negli ultimi decenni, i solventi elettrolitici per dispositivi elettrochimici sono stati dominati da ligandi a base di ossigeno (O) e azoto (N), per i quali l'interazione dipolo-ione (Li+, Na+ e così via) pone solitamente le basi per la dissociazione e il trasporto degli ioni, ma ostacola il processo di trasferimento di carica all'interfaccia elettrolita-elettrodo. In questo lavoro, sintetizzando alcani con strutture monofluorurate, dimostriamo che i ligandi a base di fluoro (F) con ingombro sterico e basicità di Lewis progettati consentono la dissoluzione di sali a concentrazioni superiori a 2 mol/L. Tra questi, l'elettrolita agli ioni di litio a base di 1,3-difluoropropano (DFP) possiede tutti i vantaggi per batterie ad alta densità energetica e a bassa temperatura, tra cui bassa viscosità (0,95 cp), elevata stabilità all'ossidazione (>4,9 V) e conduttività ionica di 0,29 mS/cm a -70 °C. Incorporando atomi di fluoro nel primo guscio di solvatazione, la debole coordinazione F–Li+ facilita il processo di deposizione/dissoluzione del litio con un'efficienza coulombica (CE) fino al 99,7% e una densità di corrente di scambio di un ordine di grandezza superiore rispetto alla coordinazione O–Li+ a −50 °C. Gli elettroliti consentono inoltre il funzionamento di celle a sacchetto al litio metallico con una quantità di elettrolita inferiore a 0,5 g/Ah, raggiungendo densità di energia superiori a 700 Wh/kg a temperatura ambiente e circa 400 Wh/kg a −50 °C. Gli elettroliti a base di idrofluorocarburi (HFC) presentati in questo lavoro offrono un approccio praticabile per la costruzione di sistemi elettrochimici che vanno oltre la chimica di coordinazione tradizionale.
Riferimento
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10210-6