Русский
Тетрагидрофуран (ТГФ) — прорыв в области электролитов для новых энергетических аккумуляторов: баланс между производительностью при низких температурах и безопасностью — оптимизация ионной проводимости в широком диапазоне температур
创建于03.19
1. Проблема низких температур в литий-ионных аккумуляторах
Литий-ионные аккумуляторы сталкиваются с серьезным ухудшением производительности при экстремальных температурах. Ниже -20°C традиционные электролиты на основе карбоната страдают от медленного переноса ионов, высоких энергетических барьеров десольватации (~0,8 эВ) и нестабильных твердоэлектролитных интерфаз (SEI)
1. Эти ограничения ограничивают возможности применения в полярных экспедициях, электромобилях в холодном климате и аэрокосмических технологиях.
Тетрагидрофуран (ТГФ), циклический эфирный растворитель, стал революционным решением благодаря своей низкой вязкости (0,55 сП при 25 °C) и слабым взаимодействиям Li⁺-растворитель, что обеспечивает сверхбыструю миграцию ионов даже при отрицательных температурах.
2.
2. Инновации в проектировании электролитов на основе ТГФ
2.1 Технология растворителей: разрушение агрегированных ионных кластеров
Гибридная система растворителей ТГФ-МТБЭ (метил-трет-бутиловый эфир) (например, электролит 0,25ТГМТ) эффективно разрушает крупные ионные агрегаты (АГГ), которые доминируют в обычных электролитах.
2. Образуя контактные ионные пары (КИП), эта система:
- Снижает сопротивление миграции ионов, увеличивая ионную проводимость с 0,27 до 4,21 мСм/см
2
- Снижает энергетический барьер десольватации Li⁺, о чем свидетельствует снижение энергии активации Аррениуса (Ea,ct)
2
2.2 Проверка производительности в широком диапазоне температур
- При -40°C69% от емкости при комнатной температуре
2
- Возможность быстрой зарядки
1
3. Механистические идеи: почему ТГФ эффективен в криогенных условиях
3.1 Модуляция структуры сольватации
Низкое донорное число ТГФ (DN=20,0) ослабляет связывание Li⁺-растворитель, способствуя участию анионов (например, TFSI⁻) в сольватных оболочках. Это способствует:
- Формирование SEI с высоким содержанием неорганических веществ 65% LiF/Li₂O
2
- Подавленная коинтеркаляция растворителя
3.2 Термическая устойчивость и безопасность
- Огнестойкость
2
- Устойчивость SEI при термическом напряжении
2
4. Синергетические стратегии безопасности
4.1 Аддитивная оптимизация
- Фторэтиленкарбонат (FEC)
- Нитрат лития (LiNO₃)
1
4.2 Вопросы промышленной масштабируемости
- Экономическая эффективность
- Совместимость с катодами с высоким содержанием никеля
2
5. Будущие направления
5.1 Помимо литий-ионных аккумуляторов: совместимость с несколькими типами батарей
Принципы проектирования THF обещают:
- Натрий-ионные аккумуляторы
1
- Полностью твердотельные батареи
5.2 Интеграция устойчивого развития
- Замкнутый цикл переработки
- Производство био-ТГФ
Заключение
Электролиты на основе ТГФ представляют собой смену парадигмы в балансировании сверхнизкотемпературной работы и внутренней безопасности для аккумуляторов следующего поколения. Используя свою уникальную сольватационную химию и связывая с передовыми добавками, ТГФ разблокирует:
- Широкая температурная адаптивность
1
2
- Масштабируемое производство
По мере развития исследований в направлении систем с многовалентными ионами и ТГФ биологического происхождения этот растворитель будет играть ключевую роль в создании энергоемких, быстро заряжаемых аккумуляторов для будущего с нулевым уровнем выбросов углерода.
Contact
Leave your information and we will contact you.
WhatsApp