Tiếng Việt
Đột phá về Tetrahydrofuran (THF) trong chất điện phân pin năng lượng mới: Cân bằng hiệu suất và độ an toàn ở nhiệt độ thấp — Tối ưu hóa độ dẫn ion trên phạm vi nhiệt độ rộng
创建于03.19
1. Thách thức về nhiệt độ thấp trong pin Lithium-Ion
Pin lithium-ion phải đối mặt với sự suy giảm hiệu suất nghiêm trọng ở nhiệt độ khắc nghiệt. Dưới -20°C, chất điện phân gốc cacbonat truyền thống gặp phải tình trạng vận chuyển ion chậm, rào cản năng lượng desolvation cao (~0,8 eV) và các pha điện phân rắn không ổn định (SEI)
1. Những hạn chế này hạn chế các ứng dụng trong các chuyến thám hiểm vùng cực, xe điện ở vùng khí hậu lạnh và công nghệ hàng không vũ trụ.
Tetrahydrofuran (THF), một dung môi ether vòng, đã nổi lên như một chất thay đổi cuộc chơi do độ nhớt thấp (0,55 cP ở 25°C) và tương tác Li⁺-dung môi yếu, cho phép di chuyển ion cực nhanh ngay cả ở nhiệt độ dưới 0
2.
2. Những cải tiến trong thiết kế chất điện phân do THF thúc đẩy
2.1 Kỹ thuật dung môi: Phá vỡ các cụm ion kết tụ
Hệ dung môi lai THF-MTBE (methyl tert-butyl ether) (ví dụ, chất điện phân 0,25THMT) có hiệu quả phá vỡ các tập hợp ion lớn (AGG) chiếm ưu thế trong chất điện phân thông thường
2. Bằng cách hình thành các cặp ion tiếp xúc (CIP), hệ thống này:
- Giảm sức cản di chuyển ion, tăng độ dẫn ion từ 0,27 đến 4,21 mS/cm
2
- Giảm rào cản năng lượng desolvation Li⁺, được chứng minh bằng sự giảm năng lượng hoạt hóa Arrhenius (Ea,ct)
2
2.2 Xác nhận hiệu suất nhiệt độ rộng
- Ở -40°C69% công suất nhiệt độ phòng
2
- Khả năng sạc nhanh
1
3. Thông tin chi tiết về cơ chế: Tại sao THF lại vượt trội trong điều kiện đông lạnh
3.1 Điều chế cấu trúc dung môi
Số lượng chất cho thấp của THF (DN=20.0) làm suy yếu liên kết dung môi Li⁺, thúc đẩy sự tham gia của anion (ví dụ: TFSI⁻) vào các lớp vỏ dung môi. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho:
- Hình thành SEI giàu vô cơ65% LiF/Li₂O
2
- Ức chế sự xen kẽ dung môi
3.2 Khả năng chịu nhiệt và an toàn
- Khả năng chống cháy
2
- Độ ổn định của SEI dưới ứng suất nhiệt
2
4. Chiến lược an toàn hiệp lực
4.1 Tối ưu hóa cộng tính
- Fluoroethylene Carbonate (FEC)
- Lithium Nitrat (LiNO₃)
1
4.2 Cân nhắc về khả năng mở rộng công nghiệp
- Hiệu quả về chi phí
- Khả năng tương thích với Cathode Ni cao
2
5. Hướng đi trong tương lai
5.1 Ngoài Lithium-Ion: Khả năng tương thích với nhiều loại pin
Các nguyên tắc thiết kế của THF hứa hẹn sẽ mang lại:
- Pin Natri-Ion
1
- Pin thể rắn
5.2 Tích hợp tính bền vững
- Tái chế vòng kín
- Sản xuất Bio-THF
Phần kết luận
Chất điện phân dựa trên THF đại diện cho sự thay đổi mô hình trong việc cân bằng hoạt động ở nhiệt độ cực thấp và tính an toàn nội tại cho pin thế hệ tiếp theo. Bằng cách tận dụng hóa học dung môi độc đáo và kết hợp với các chất phụ gia tiên tiến, THF mở khóa:
- Khả năng thích ứng nhiệt độ rộng
1
2
- Sản xuất có khả năng mở rộng
Khi nghiên cứu tiến triển theo hướng hệ thống ion đa hóa trị và THF có nguồn gốc sinh học, dung môi này sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc hiện thực hóa các loại pin sạc nhanh, giàu năng lượng hướng tới tương lai trung hòa carbon.
Contact
Leave your information and we will contact you.
WhatsApp