Batterier med fluorerede elektrolytter, der arbejder ved meget høje og lave temperaturer

Elektrolytter er kemiske komponenter, der muliggør strømmen af ​​ioner mellem katoden og anoden inde i batterier, i sidste ende leverer elektrisk strøm til teknologiske enheder. De fleste konventionelle og let tilgængelige ikke-vandige Li-ion-batterier er fremstillet ved hjælp af karbonatbaserede elektrolytter.

På trods af deres udbredte brug, de meget brandfarlige karbonatelektrolytter begrænser i høj grad de temperaturer, hvorved et batteri kan fungere korrekt på grund af deres høje affinitet mellem deres kemiske opløsningsmidler og ionerne inde i batterierne. Dette resulterer i, at de fleste karbonatelektrolytbaserede batterier kun fungerer sikkert mellem -20°C og +50°C, eller ved spændinger mellem 0,0 og 4,3V.

Med det i tankerne, et team af forskere ledet af professor Chunsheng Wang ved University of Maryland i USA og andre videnskabsmænd ved Zhejiang University i Kina har for nylig fremstillet en ny type batteri, der kan fungere ved et bredere temperaturområde, ved brug af fluorerede elektrolytter med ikke-polære opløsningsmidler. Disse fluorerede elektrolytter er ikke brændbare, muliggør en høj elektrokemisk stabilitet inden for et bredere område temperaturer og spændinger end carbonatelektrolytter.

"I nuværende elektrolytter, det elektrokemiske stabilitetsvindue og driftstemperaturvinduet kan ikke nå maksimum på samme tid på grund af iboende begrænsning af solvatiseringsstrukturen af ​​elektrolytter, "Xiao Ji, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Ved at reducere Li-ion og binde med opløsningsmiddel ved at tilføje et antisolvent, vi afkoblede elektrolytternes elektrokemiske og fysiske egenskaber og udviklede al temperatur (-95 ^o C til +60 ^o C) og al spænding (fra 0,0V til 5,6V) Li-ion batterielektrolytter." sagde Dr. Xiulin Fan, avisens første forfatter.

I det væsentlige, Ji og hans kolleger var i stand til at tæmme affiniteten mellem kemiske opløsningsmidler og Li-ioner i batterier ved at opløse fluorerede elektrolytter i stærkt fluorerede ikke-polære opløsningsmidler (dvs. opløsningsmidler indeholdende bindinger mellem atomer med lignende elektronegativiteter). De elektrolytter, de brugte, muliggør en høj elektrokemisk stabilitet i et bredt spændingsvindue på 0,0 til 5,6 V, samt høje ioniske ledningsevner inden for et bredt temperaturområde mellem -125 og +70 °C.

Med de fluorerede elektrolytter, fandt forskerne ud af, at LiNi _0,8 Co _0,15 Al _0,05 O ₂ katoder opnåede høje Coulombic-effektiviteter på 99,9 procent, mellem −95 og + 70 °C, mens aggressive Li-anoder og højspændings (5,4 V) LiCoMnO ₄ opnåede Coulombic-effektiviteter på 99,4 procent og 99 procent, henholdsvis. I øvrigt, selv ved -85 °C, batteriet kunne stadig levere ~50 procent af dets rumtemperaturkapacitet.

"Li-ion-transportbarriererne er dramatisk reduceret i vores elektrolyt, elektrolyttens væskeområde er meget udvidet, Chunsheng Wang sagde. den udviklede elektrolyt kan modstå en meget højere spænding sammenlignet med de konventionelle kommercialiserede carbonatelektrolytter. Derfor, batterierne baseret på vores elektrolyt kan arbejde inden for et meget bredere temperaturområde."

De fluorerede elektrolytter brugt af Wang og hans kolleger har indtil videre vist sig at være mere effektive end karbonatelektrolytter, opnåelse af en høj elektrokemisk stabilitet inden for et bredere spændingsvindue og høje ioniske ledningsevner ved et bredere temperaturområde. Da de er fuldstændig ikke-brændbare, de er også langt sikrere end karbonatelektrolytter. I fremtiden, elektrolytterne foreslået af dette hold af forskere kunne bruges til at bygge højtydende batterier, der også kan fungere i ekstreme klimaer, for eksempel i Arktis eller på den afrikanske savanne.

"Vi vil nu forsøge at optimere sammensætningen af ​​de batterier, vi udviklede, for at reducere deres omkostninger og også samarbejde med batteriindustrien for at kommercialisere batterierne til alle temperaturer, " tilføjede fan.

© 2019 Science X Network