طور العلماء إلكتروليتًا منخفض التركيز للغاية لبطاريات الليثيوم أيون.
تجعل أملاح الليثيوم البطاريات أكثر قوة ولكنها أيضًا أكثر تكلفة. يمكن أن يوفر المنحل بالكهرباء الجديد بتركيز منخفض جدًا من ملح الليثيوم LiDFOB خيارًا أرخص وأكثر استدامة.
لقد أظهر الباحثون أن الخلايا التي تستخدم هذه الإلكتروليتات مع الأقطاب الكهربائية العادية تؤدي أداءً جيدًا حقًا. يمكن لهذا المنحل بالكهرباء أيضًا أن يسهل إنتاج البطاريات وإعادة تدويرها.
التحديات مع الشوارد التقليدية
بطاريات الليثيوم أيون (LIBs) هي التي تعمل على تشغيل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والسيارات الكهربائية، وحتى تخزين الكهرباء في محطات الطاقة. الأجزاء الرئيسية لمعظم LIBs هي كاثودات أكسيد الكوبالت الليثيوم (LCO)، وأنودات الجرافيت، والإلكتروليتات السائلة التي تحمل الأيونات للتفاعلات بين الكاثود والأنود.
تلعب الإلكتروليتات دورًا كبيرًا في مدى جودة عمل البطارية. تعتمد معظم الشوارد التجارية على نظام موجود منذ أكثر من 30 عامًا: 1.0 إلى 1.2 مول/لتر من سداسي فلوروفوسفات الليثيوم (LiPF6) في استرات حمض الكربوكسيل ("مذيب الكربونات").
في السنوات الأخيرة، تم تطوير إلكتروليتات عالية التركيز (> 3 مول/لتر) لتحسين أداء البطارية. ومع ذلك، فإن هذه الإلكتروليتات سميكة، ولا تنتشر بشكل جيد، ولا توصل الكهرباء أيضًا. كما أنها تتطلب الكثير من أملاح الليثيوم باهظة الثمن، والتي يمكن أن تؤدي إلى ارتفاع التكاليف.
لخفض التكاليف، بدأ الباحثون في البحث عن إلكتروليتات ذات تركيز منخفض للغاية (<0.3 مول/لتر). تكمن المشكلة في أنها تقوم بتكسير المذيب الموجود في البطارية أكثر من الملح، مما يؤدي إلى تشكل طبقة أقل ثباتًا على الأقطاب الكهربائية.
اختراق مع LiDFOB بالكهرباء
توصل فريق من الباحثين من جامعة نينغبو في الصين وحرم جامعة بورتوريكو ريو بيدراس في الولايات المتحدة الأمريكية إلى إلكتروليت جديد منخفض التركيز يمكن أن يغير قواعد اللعبة بالنسبة لبطاريات أيونات الليثيوم: LiDFOB/EC-DMC. .
LiDFOB (بورات الليثيوم ثنائي فلورو (أكسالاتو) هو بديل أرخص لـ LiPF6. EC-DMC (كربونات الإيثيل/كربونات ثنائي ميثيل) هو مذيب كربونات شائع.
يحتوي هذا المنحل بالكهرباء على نسبة ملح منخفضة للغاية تبلغ 2 بالمائة فقط من الوزن (0.16 مول/لتر) ولكنه لا يزال يوصل الأيونات بشكل جيد بما يكفي لتشغيل البطارية. تساعد الخصائص الخاصة لأنيونات DFOB على إنشاء طبقة قوية غير عضوية على الأقطاب الكهربائية، مما يؤدي إلى أداء ممتاز للبطارية.
على عكس إلكتروليت LiPF6 الحالي، الذي يمكنه إطلاق غازات سامة عند تعرضه للرطوبة، فإن LiDFOB آمن حول الماء والهواء. وهذا يعني أن البطاريات المصنوعة باستخدام LiDFOB يمكن إنتاجها في ظروف عادية، مما يوفر المال. كما أن إعادة تدوير هذه البطاريات ستكون أسهل وأكثر استدامة.
