Yeni lityum pil 700 Wh/kg'ın üzerinde yoğunluğa ulaşıyor ve -50 °C'de çalışıyor

Çin'de bir araştırma ekibi, mevcut batarya performans tavanlarını yerle bir eden yeni bir hidroflorokarbon elektrolit geliştirdi. Nature dergisinde yayınlanan çalışma, oda sıcaklığında 700 Wh/kg'ı ve -50 °C'de (122 °F) yaklaşık 400 Wh/kg'ı aşan enerji yoğunlukları sağlayabilen bir çözücü ortaya koyuyor. Bu, normal koşullar altında tipik olarak 270 Wh/kg civarında zirve yapan geleneksel elektrikli araç akülerinden önemli ölçüde daha iyi performans göstererek havacılık, şebeke depolama ve aşırı iklimlerde elektrikli ulaşım için yeni bir potansiyelin kilidini açıyor.

Tarihsel olarak, akü elektrolitleri katot ve anot arasında yük taşımak için oksijen ve nitrojen bazlı ligandlara dayanmaktadır. Ancak bu geleneksel malzemeler, elektrot-elektrolit arayüzünde yük transferini engelleyen güçlü bir bağlanma yaratarak düşük sıcaklıkta çalışma veya hızlı şarj sırasında performansı ciddi şekilde sınırlıyor. Araştırmacılar bunun üstesinden gelmek için altı monoflorlu hidroflorokarbon çözücü sentezlediler. Ekip, ayarlanmış sterik engelleme ve Lewis bazikliği ile flor bazlı ligandları özel olarak tasarlayarak lityum tuzu çözünmesini 2 mol/L'yi aşacak şekilde geliştirdi.

Öne çıkan çözücü olan 1,3-difloropropan, 0,95 santipoise'lik düşük viskozite ve 4,9 voltun üzerinde yüksek oksidasyon kararlılığı gibi olağanüstü özellikler gösterdi. Flor atomlarının ilk solvasyon kabuğuna dahil edilmesiyle ortaya çıkan zayıf koordinasyon, yüksek verimli lityum kaplamayı ve sıyırmayı kolaylaştırır. Bu mekanizma, %99,7'lik bir Coulombic verimliliği ve -50 °C'de (122 °F) geleneksel oksijen bazlı sistemlerden tam büyüklükte bir değişim akımı yoğunluğu elde eder.

Testler, amper-saat başına 0,5 gramdan daha az elektrolit miktarıyla çalışan lityum-metal kese hücrelerinde başarılı oldu. Araştırmacılara göre, bu flor-koordinasyon kimyası geleneksel elektrokimyasal tasarım sınırlarının ötesine geçiyor. Karbon ve flor oranlarının gelecekteki modülasyonu, 100 °C'nin (212 °F) üzerinde daha da kararlı, yüksek kaynama noktası varyasyonları sağlayabilir ve yeni nesil enerji depolama sistemlerinin gücünü ve enerji yoğunluğunu daha da yükseltmek için umut verici bir yol oluşturabilir.