Драйверами роста рынка газовой арматуры и компонентов в 2031 году наряду с ведущими брендами Assure Parts, Regency Gas шланги, American Range, Antunes, Crown Verity Inc., Dormont, T&S Brass and Bronze Works, Vulcan Restaurant Equipment, Gas Components Australia, Venus Enterprises, Nikasam lmpex ТОО «Зенит Индастриз»
May 03, 202310 электромобилей, которые идеально подходят для семейных поездок
Oct 11, 202310 фактов об американской версии ID.Buzz, электрического ретро-автомобиля VW
Oct 09, 202310 ошибок, которые допускают новые пользователи Android
Sep 24, 202310 Должен
Sep 19, 2023Фторированный эфирный электролит с контролируемой сольватной структурой для высоковольтных литий-металлических аккумуляторов.
Nature Communications, том 13, номер статьи: 2575 (2022) Цитировать эту статью
14 тысяч доступов
67 цитат
5 Альтметрика
Подробности о метриках
Разработка новых растворителей необходима для литий-металлических батарей из-за несовместимости обычных карбонатных и узких электрохимических окон электролитов на основе эфира. Хотя фторированные эфиры показали улучшенную электрохимическую стабильность, они с трудом сольватируют ионы лития. Таким образом, задача химии электролитов состоит в том, чтобы объединить в одной молекуле стабильность фторированных эфиров при высоком напряжении с высокой сольватационной способностью простых эфиров к ионам лития. Здесь мы сообщаем о новом растворителе, 2,2-диметокси-4-(трифторметил)-1,3-диоксолане (DTDL), сочетающем в себе циклический фторированный эфир с линейным эфирным сегментом для одновременного достижения стабильности высокого напряжения и настройки сольватации ионов лития. способность и структура. Высокая устойчивость к окислению до 5,5 В, большое число переноса ионов лития 0,75 и стабильный кулоновский КПД 99,2% после 500 циклов доказали потенциал DTDL в высоковольтных литий-металлических батареях. Кроме того, литиевая парная полная ячейка LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 толщиной 20 мкм, включающая 2 М электролита LiFSI-DTDL, сохранила 84% исходной емкости после 200 циклов при 0,5 C.
В связи с растущим спросом на системы хранения энергии высокой плотности исследования высоковольтных (>4,0 В по сравнению с Li+/Li) литий-металлических батарей (LMB) в последние годы резко возросли1,2,3,4. Металлический литий, как идеальный анод, обеспечивает высокую теоретическую удельную емкость 3860 мАч/г и низкий восстановительный потенциал (–3,04 В по сравнению со стандартным водородным электродом)5,6,7. В сочетании с высоковольтным катодом, обогащенным никелем, плотность энергии LMB многообещающе возрастает почти в два раза (400–500 Втч/кг) по сравнению с плотностью энергии обычных литий-ионных батарей на основе графита (LIB)8. Однако применение LMB затруднено термодинамической нестабильностью металлического лития. Неконтролируемые побочные реакции между металлическим литием и электролитом приводят к образованию хрупкой межфазной фазы твердого электролита (SEI) и механическому разрушению слоя SEI во время циклирования. Это явление вызывает постоянное потребление как электролита, так и Li, что сопровождается ростом дендритов Li и образованием «мертвого» Li, что приводит к плохому циклическому сроку службы3,9,10. Таким образом, настройка химического состава электролита для модуляции его реакционной способности, электрохимической стабильности, ионного транспорта и сольватационной способности является многообещающей стратегией стабилизации слоя SEI и продления срока службы11,12.
Коммерческие карбонатные электролиты широко используются в графитовых анодах благодаря их способности образовывать стабильный слой SEI. Однако в случае литий-металлического анода (LMA) карбонатные электролиты с низкой концентрацией (т.е. 1 М соль) обычно страдают от серьезных побочных реакций, которые связаны с ростом литиевых дендритов в форме нитевидных кристаллов и значительно коротким сроком службы. Напротив, электролиты на основе эфира имеют тенденцию образовывать относительно большие и плоские зерна лития, которые уменьшают поверхность контакта LMA с электролитом и демонстрируют высокую кулоновскую эффективность (CE)13,14. Однако простые эфиры, такие как 1,2-диметоксиэтан (ДМЭ) и 1,3-диоксолан (ДОЛ), нестабильны в диапазоне высоких напряжений (т.е. >4 В по сравнению с Li+/Li) из-за их плохой окислительной стабильности при типичной соли. концентрация 1 М, что естественным образом ограничивает их применение в высоковольтных ЛМБ11. В последнее время электролиты высокой концентрации (HCE) со специальной структурой растворитель-в-соли обнаруживают свою совместимость как с высоковольтными катодами, так и с LMA. Координация молекул растворителя с ионами Li+ изменяет сольватную структуру, в которой в сольватных слоях начинают доминировать анионы. Более того, снижение энергии высшей занятой молекулярной орбитали и самой низкой незанятой молекулярной орбитали (ВЗМО-НСМО) молекул растворителя в результате координации приводит к предварительному разложению анионов при низких потенциалах, что способствует образованию анионного неорганического слоя SEI15,16. Однако высокая стоимость и вязкость ГХЭ ограничивают их практическое применение. Недавно гидрофторэфиры (ГФЭ) были введены в качестве инертных разбавителей. Хотя они с трудом растворяют соли и не обладают ионной проводимостью, они обладают высокой анодной стабильностью и могут сохранять аналогичную сольватную структуру растворитель в соли при низких концентрациях соли, что называется локализованными электролитами высокой концентрации (LHCE). HFE, такие как трис(2,2,2-трифторэтил)ортоформиат (TFEO), бис(2,2,2-трифторэтил) эфир (BTFE) и 1,1,2,2-тетрафторэтил-2,2,3,3. -тетрафторпропиловый эфир (ТТЭ) широко использовался в высоковольтных ЛМБ.2,17,18. Поскольку ГФЭ необходимо сочетать с растворителями, чтобы компенсировать потерю ионной проводимости, связанные с ними паразитные реакции этих растворителей невозможно остановить. Более того, имеется лишь несколько сообщений о фторированных эфирах как растворителях, способных эффективно сольватировать Li+ 1,11. Например, Бао и др. элегантно продемонстрировал улучшенную окислительную стабильность за счет удлинения алкильной цепи и фторирования между двумя атомами -O- в линейном эфире, а сольватационная способность фторированного эфира сохранялась за счет одновременного связывания атомов -F и -O- с Li+ 1. Соответственно , важно разработать высоковольтные фторированные эфиры, которые могут эффективно сочетать окислительно-восстановительную стабильность HFE с сольватационной способностью Li + и хорошей ионной проводимостью электролитов на основе эфиров, сохраняя при этом сольватный кластер растворитель-в-соли при нормальных концентрациях соли. В этом направлении одним из прямых подходов могло бы стать ковалентное присоединение фторированных и эфирных сегментов с целью объединения всех желаемых свойств электролитов в одной молекуле. Пространственное расположение этих функциональных групп, а также наличие мест связывания Li+ являются важными факторами, определяющими результирующую ионную проводимость, сольватационную способность и окислительно-восстановительную стабильность электролита.