Baterias de lítio prontas para o inverno: os cientistas utilizam a estratégia do eletrólito "polaridade-contras" para superar o frio extremo
As baterias de lítio metálico mantêm 80% da capacidade após 150 ciclos a -40 °C
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Quando as baterias de lítio enfrentam um frio extremo, o seu desempenho cai frequentemente - um grande desafio para o armazenamento de energia, os veículos eléctricos e a exploração aeroespacial. Agora, cientistas chineses encontraram uma solução repensando o "contraste de polaridade".
Um estudo recente publicado no Journal of the American Chemical Society propôs uma estratégia de conceção de eletrólito de "polaridade-contraste" que pode melhorar eficazmente as caraterísticas cinéticas e a estabilidade eletroquímica das baterias de lítio metálico em condições extremas de baixa temperatura.
O estudo, liderado pelos Profs. CHEN Zhongwei, LUO Dan e WANG Dongdong do Instituto de Física Química de Dalian da Academia Chinesa de Ciências, forneceu um novo paradigma de conceção de electrólitos para a construção de estruturas de solvatação dominadas por aniões e resistentes a baixas temperaturas.
Em condições de baixa temperatura, as baterias de lítio metálico sofrem de transporte iónico lento nos electrólitos, cinética de dessolvatação do Li+ retardada e reacções laterais interfaciais intensificadas. Estes problemas causam uma grave degradação da capacidade e uma fraca estabilidade de ciclo, impedindo a sua aplicação em ambientes extremos.
Para enfrentar estes desafios, a equipa de investigação propôs uma estratégia de conceção de electrólitos de "polaridade-contraste". Esta estratégia constrói uma estrutura de solvatação estável, dominada por aniões, a baixas temperaturas, modulando as interações ião-dipolo entre aniões e solventes.
Os investigadores identificaram um par de solventes de "contraste de polaridade": o dimetoximetano (DMM), que tem o ESPmax mais baixo, e o carbonato de fluoroetileno (FEC), que tem o ESPmax mais elevado.
Especificamente, a interação enfraquecida entre o DMM e o FSI- a baixas temperaturas facilita a entrada de aniões na bainha de solvatação do Li+. Entretanto, o FEC ancora ainda mais o FSI- através de interações ião-dipolo reforçadas, criando assim um ambiente de solvatação estável dominado por aniões em condições criogénicas. Além disso, as interações dipolo-dipolo reforçadas entre o DMM e o FEC promovem a cinética de dessolvatação do Li+.
Ao ajustar com precisão as interações ião-dipolo e dipolo-dipolo, a equipa conseguiu uma transição de coordenação aniónica a baixas temperaturas, proporcionando um novo princípio de conceção para electrólitos em baterias de lítio metálico a baixa temperatura.
Utilizando esta estratégia, o eletrólito induz a formação de uma interfase de eletrólito sólido rico em LiF, permitindo uma deposição uniforme de lítio e um comportamento altamente reversível de plaqueamento/descolagem a baixas temperaturas.
A célula completa Li||SPAN reteve 80% de sua capacidade após 150 ciclos a -40 ℃, mesmo com uma alta capacidade areal de 4,5 mAh/cm². Além disso, a célula de bolsa de nível Ah mostrou ciclagem estável por 50 ciclos a -20 ℃, demonstrando boa estabilidade de ciclagem a baixa temperatura e retenção de capacidade.
"Nosso estudo não apenas revela um novo mecanismo subjacente à evolução dinâmica das estruturas de solvatação em condições de baixa temperatura, mas também oferece novos fundamentos teóricos e estratégias de pesquisa para projetar eletrólitos para baterias de lítio metálico de baixa temperatura", disse CHEN.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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