Изследователски екип в Китай е разработил електролит, използващ монофлуорирани хидрофлуоровъглеродни (HFC) разтворители, способни да постигнат енергийна плътност по-висока от 700 Wh kg−1 при стайна температура и около 400 Wh kg−1 при −50°C, което е значително подобрение спрямо настоящите технологии. Разработката има потенциални приложения в електрически превозни средства, аерокосмическа индустрия и мрежово съхранение при екстремни климатични условия.
Електролитният материал в електрохимичните устройства за съхранение на енергия, каквито са литиевите батерии, помага за пренасянето на заряд между катода и анода. Преносът се улеснява от разтворители, които спомагат за разтварянето на литиеви соли.
Електролитните разтворители в батериите традиционно използват лиганди на основата на кислород и азот. Тези материали обаче възпрепятстват преноса на заряд на границата електрод-електролит, особено при бързо зареждане или при ниска температура.
Учените се опитали да модифицират разтворителите на основата на кислород и азот, но това често водило до повишен вискозитет на разтворителя или намалена производителност при ниски температури.
Като заместител неведнъж са предлагани флуоровъглеводороди (HFC), въпреки че някои проучвания показват лоша разтворимост на солите и нестабилност с металния литий. Изследователският екип, автор на новото проучване, обаче смята, че HFC могат да разтварят литиевите соли по-добре – с някои модификации.
За да докаже теорията си, екипът синтезира и характеризира шест различни HFC разтворителя и след това тества техните електрохимични характеристики в батерии тип „монета“ и „потник“ в широк температурен диапазон.
Изводите? Новосинтезираните разтворители разтварят литиеви соли при >2 mol/L. Един разтворител, по-специално, надминава очакванията, работейки добре дори при температура от -50°C.
Сред тях, литиево-йонният електролит на базата на 1,3-дифлуоропропан (DFP) е надарен с всички предимства за енергийно плътни и нискотемпературни батерии, включително нисък вискозитет (0,95 cp), висока окислителна стабилност (>4,9 V) и йонна проводимост от 0,29 mS cm−1 при −70°C.
Установено е, че в подобна конфигурация електролитът постига енергийна плътност по-голяма от 700 Wh kg−1 при стайна температура и около 400 Wh kg−1 при -50°C, пишат авторите на изследването.
Съвременните високопроизводителни клетки, като тези, използвани в електрическите превозни средства, обикновено достигат около 250–270 Wh/kg при стайна температура, което означава, че новият електролит предлага значително подобрение и възможност за използване на батерии в екстремни климатични условия.
Изследователският екип отбелязва, че по-нататъшни подобрения биха могли да подобрят още повече температурния диапазон и стабилността.
„Чрез допълнително модулиране на въглеродните и флуорните числа могат да бъдат проектирани HFC с висока точка на кипене (>100°C) с добре поддържана съвместимост Li-метал”, казват авторите на изследването пишат.
„F-координационната химия предлага обещаващ път за преодоляване на тавана на мощността и енергийната плътност на батериите“, заключават те.
