Nytt litiumbatteri uppnår en densitet på över 700 Wh/kg och fungerar vid -50 °C

Ett forskarlag i Kina har utvecklat en ny elektrolyt av fluorkolväten som spränger de nuvarande taken för batteriprestanda. Studien, som publiceras i tidskriften Nature, visar att lösningsmedlet kan ge en energitäthet på över 700 Wh/kg vid rumstemperatur och cirka 400 Wh/kg vid -50 °C (122 °F). Detta är betydligt bättre än konventionella batterier för elfordon, som normalt når en topp på cirka 270 Wh/kg under normala förhållanden, och öppnar upp för nya möjligheter inom flyg- och rymdindustrin, nätlagring och eltransporter i extrema klimat.

Historiskt sett har batterielektrolyter förlitat sig på syre- och kvävebaserade ligander för att transportera laddningar mellan katoden och anoden. Dessa traditionella material skapar dock starka bindningar som försvårar laddningsöverföringen vid elektrod-elektrolytgränssnittet, vilket allvarligt begränsar prestandan vid lågtemperaturdrift eller snabbladdning. För att lösa detta syntetiserade forskarna sex monofluorerade hydrofluorkarbonlösningsmedel. Genom att specifikt utforma de fluorbaserade liganderna med justerad sterisk hindring och Lewis-basicitet förbättrade teamet litiumsaltupplösningen till att överstiga 2 mol / L.

Det framstående lösningsmedlet, 1,3-difluoropropan, uppvisade exceptionella egenskaper, bland annat en låg viskositet på 0,95 centipoise och en hög oxidationsstabilitet över 4,9 volt. Genom att fluoratomer inkorporeras i det första solvationsskalet möjliggör den resulterande svaga koordinationen en mycket effektiv litiumplätering och strippning. Denna mekanism ger en coulombisk effektivitet på 99,7% och en utbytesströmtäthet som är en hel magnitud högre än i traditionella syrebaserade system vid -50 °C (122 °F).

Testerna visade sig framgångsrika i litium-metallceller som arbetar med elektrolytmängder på mindre än 0,5 gram per amperetimme. Enligt forskarna går denna fluor-koordinationskemi utöver traditionella elektrokemiska designgränser. Framtida modulering av kol- och fluorförhållandena kan ge ännu mer stabila variationer med hög kokpunkt över 100 °C, vilket är en lovande väg för att ytterligare höja effekten och energitätheten i nästa generations energilagringssystem.