Nowo zaprojektowane elektrolity umożliwiają produkcję baterii litowych o gęstości energii powyżej 700 Wh/kg
| Jerry Huang
Uwaga redaktora: Nowo zsyntetyzowane materiały stwarzają możliwości dla nowych elektrolitów, które umożliwiają ogniwom litowo-metalowym osiągnięcie gęstości energii powyżej 700 Wh/kg w temperaturze pokojowej i około 400 Wh/kg w temperaturze -50°C. Sól litowa LiFSI odgrywa bardzo pozytywną rolę w projektowaniu elektrolitów. Wielkie podziękowania dla znakomitych badań i podejścia zespołu akademika Jun Chena i Qing Zhao z Uniwersytetu Nankai. Jakie zmiany i inspiracje mogą przynieść nam ich badania? Przyjrzyjmy się temu bliżej.
Abstrakcyjny
W ostatnich dekadach rozpuszczalniki elektrolityczne do urządzeń elektrochemicznych zdominowane były przez ligandy na bazie tlenu (O) i azotu (N), dla których interakcja dipol–jon (Li+, Na+ itd.) zazwyczaj stanowi podstawę dysocjacji i transportu jonów, ale utrudnia proces przenoszenia ładunku na granicy faz elektrolit–elektroda. W niniejszej pracy, poprzez syntezę alkanów o strukturach monofluorowanych, pokazujemy, że ligandy na bazie fluoru (F) z zaprojektowaną przeszkodą przestrzenną i zasadowością Lewisa umożliwiają rozpuszczanie soli w stężeniach powyżej 2 mol/l. Spośród nich elektrolit litowo-jonowy na bazie 1,3-difluoropropanu (DFP) charakteryzuje się wszystkimi zaletami akumulatorów o dużej gęstości energetycznej i niskiej temperaturze, w tym niską lepkością (0,95 cp), wysoką odpornością na utlenianie (>4,9 V) i przewodnością jonową 0,29 mS/cm w temperaturze −70°C. Dzięki włączeniu atomów F w pierwszą powłokę solwatacyjną, słaba koordynacja F–Li+ ułatwia proces galwanizacji/usuwania Li z wydajnością kulombowską (CE) do 99,7% i gęstością prądu wymiany o jedną wielkość większą niż koordynacja O–Li+ w temperaturze −50°C. Elektrolity dodatkowo umożliwiają działanie ogniw litowo-metalowych typu pouch przy ilości elektrolitu mniejszej niż 0,5 g/Ah, osiągając gęstości energii powyżej 700 Wh/kg w temperaturze pokojowej i około 400 Wh/kg w temperaturze −50°C. Elektrolity wodorofluorowęglowodorowe (HFC) opisane w niniejszej pracy stanowią wykonalne podejście do budowy układów elektrochemicznych wykraczających poza tradycyjną chemię koordynacyjną.
Odniesienie
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10210-6