อิเล็กโทรไลต์ที่ออกแบบใหม่ช่วยให้แบตเตอรี่ลิเธียมมีความหนาแน่นพลังงานมากกว่า 700 Wh/kg
| Jerry Huang
หมายเหตุจากบรรณาธิการ: วัสดุที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่เปิดโอกาสให้เกิดอิเล็กโทรไลต์แบบใหม่ที่ช่วยให้แบตเตอรี่ลิเธียมโลหะแบบถุงสามารถบรรลุความหนาแน่นของพลังงานมากกว่า 700 Wh/kg ที่อุณหภูมิห้อง และประมาณ 400 Wh/kg ที่ -50 °C เกลือลิเธียม LiFSI มีบทบาทเชิงบวกอย่างมากในการออกแบบอิเล็กโทรไลต์ ขอขอบคุณอย่างยิ่งสำหรับการวิจัยและแนวทางที่ยอดเยี่ยมของนักวิชาการ Jun Chen และทีมงาน Qing Zhao จากมหาวิทยาลัยหนานไค การวิจัยของพวกเขานำมาซึ่งความแตกต่างและแรงบันดาลใจอะไรบ้าง? มาดูกัน
บทคัดย่อ ตัวทำละลายอิเล็กโทรไลต์สำหรับอุปกรณ์ทางเคมีไฟฟ้าส่วนใหญ่ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมานั้นใช้ลิแกนด์ที่มีออกซิเจน (O) และไนโตรเจน (N) เป็นหลัก ซึ่งปฏิกิริยาระหว่างไดโพลกับไอออน (Li+, Na+ และอื่นๆ) มักเป็นพื้นฐานของการแตกตัวและการเคลื่อนที่ของไอออน แต่กลับขัดขวางกระบวนการถ่ายโอนประจุที่ส่วนต่อประสานระหว่างอิเล็กโทรไลต์กับอิเล็กโทรด ในที่นี้ เราได้สังเคราะห์อัลเคนที่มีโครงสร้างโมโนฟลูออริเนต และแสดงให้เห็นว่าลิแกนด์ที่มีฟลูออรีน (F) ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างอุปสรรคทางสเตอริกและความเป็นเบสแบบลูอิส ช่วยให้สามารถละลายเกลือได้มากกว่า 2 โมล/ลิตร ในบรรดาอิเล็กโทรไลต์ลิเธียมไอออนต่างๆ อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ 1,3-ไดฟลูออโรโพรเพน (DFP) เป็นส่วนประกอบหลักนั้นมีคุณสมบัติที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงและใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ ได้แก่ ความหนืดต่ำ (0.95 cp) ความเสถียรต่อการออกซิเดชันสูง (>4.9 V) และค่าการนำไฟฟ้าไอออน 0.29 mS/cm ที่อุณหภูมิ −70 °C การรวมอะตอม F เข้าไปในชั้นการละลายรอบแรก ช่วยให้การประสานงานระหว่าง F–Li+ ที่อ่อนแอเกิดขึ้นได้ง่ายขึ้น ทำให้กระบวนการชุบ/ลอกลิเธียมเกิดขึ้นได้ โดยมีประสิทธิภาพคูลอมบ์ (CE) สูงถึง 99.7% และความหนาแน่นกระแสแลกเปลี่ยนสูงกว่าการประสานงานระหว่าง O–Li+ ที่อุณหภูมิ −50 °C ถึงหนึ่งเท่า อิเล็กโทรไลต์เหล่านี้ยังช่วยให้เซลล์ลิเธียมโลหะแบบถุงสามารถทำงานได้โดยใช้ปริมาณอิเล็กโทรไลต์น้อยกว่า 0.5 g/Ah ทำให้ได้ความหนาแน่นพลังงานมากกว่า 700 Wh/kg ที่อุณหภูมิห้อง และประมาณ 400 Wh/kg ที่อุณหภูมิ −50 °C อิเล็กโทรไลต์ไฮโดรฟลูออโรคาร์บอน (HFC) ในงานวิจัยนี้เป็นแนวทางที่เป็นไปได้ในการสร้างระบบทางเคมีไฟฟ้าที่เหนือกว่าเคมีเชิงการประสานงานแบบดั้งเดิม
อ้างอิง
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10210-6