Nowa bateria litowa osiąga gęstość ponad 700 Wh/kg i działa w temperaturze -50 °C

Zespół badawczy z Chin opracował nowy elektrolit fluorowęglowodorowy, który przełamuje obecne pułapy wydajności akumulatorów. Opublikowane w czasopiśmie Nature badanie ujawnia rozpuszczalnik zdolny do zapewnienia gęstości energii przekraczającej 700 Wh/kg w temperaturze pokojowej i około 400 Wh/kg w temperaturze -50 °C (122 °F). To znacznie przewyższa konwencjonalne akumulatory do pojazdów elektrycznych, które zazwyczaj osiągają szczytową wartość około 270 Wh/kg w normalnych warunkach, odblokowując nowy potencjał dla lotnictwa, magazynowania w sieci i transportu elektrycznego w ekstremalnych warunkach klimatycznych.

W przeszłości elektrolity akumulatorowe opierały się na ligandach na bazie tlenu i azotu do przenoszenia ładunków między katodą a anodą. Jednak te tradycyjne materiały tworzą silne wiązania, które utrudniają przenoszenie ładunków na granicy elektroda-elektrolit, poważnie ograniczając wydajność podczas pracy w niskich temperaturach lub szybkiego ładowania. Aby temu zaradzić, naukowcy zsyntetyzowali sześć monofluorowanych rozpuszczalników wodorofluorowęglowych. Poprzez specjalne zaprojektowanie ligandów na bazie fluoru z dostosowaną przeszkodą steryczną i zasadowością Lewisa, zespół poprawił rozpuszczanie soli litu do ponad 2 mol/l.

Wyróżniający się rozpuszczalnik, 1,3-difluoropropan, wykazał wyjątkowe właściwości, w tym niską lepkość 0,95 centipoise i wysoką stabilność utleniania powyżej 4,9 wolta. Poprzez włączenie atomów fluoru do pierwszej powłoki solwatacyjnej, powstała słaba koordynacja ułatwia wysoce wydajne powlekanie i usuwanie litu. Mechanizm ten osiąga sprawność kulombowską na poziomie 99,7% i gęstość prądu wymiany o całą wielkość większą niż w przypadku tradycyjnych systemów opartych na tlenie w temperaturze -50 °C (122 °F).

Testy okazały się skuteczne w ogniwach litowo-metalowych działających z ilością elektrolitu mniejszą niż 0,5 grama na amperogodzinę. Według naukowców, ta chemia koordynacyjna fluoru wykracza poza tradycyjne ograniczenia projektowania elektrochemicznego. Przyszła modulacja proporcji węgla i fluoru może przynieść jeszcze bardziej stabilne, wysokie wahania temperatury wrzenia powyżej 100 °C (212 °F), ustanawiając obiecującą ścieżkę do dalszego zwiększania mocy i gęstości energii w systemach magazynowania energii nowej generacji.