האלקטרוליט LiDFOB החדש שפותח עבור סוללות ליתיום-יון מציג אלטרנטיבה חסכונית, בעלת מוליכות גבוהה ויציבה למלחי ליתיום מסורתיים, תוך שיפור ביצועי הסוללה וקיימות תוך פישוט תהליכי הייצור והמחזור.
מדענים פיתחו אלקטרוליט בריכוז נמוך במיוחד עבור סוללות ליתיום-יון.
מלחי ליתיום משפרים את עוצמת הסוללות אך גם מייקרים את עלותן. אלקטרוליט חדש עם ריכוז נמוך מאוד של מלח הליתיום LiDFOB יכול להציע אפשרות זולה ובת קיימא יותר.
תאים המשתמשים באלקטרוליטים אלו ובאלקטרודות קונבנציונליות הוכחו כבעלי ביצועים גבוהים, כפי שדווח על ידי צוות מחקר לכתב העת Angewandte Chemie. בנוסף, האלקטרוליט יכול להקל הן בייצור והן במחזור של הסוללות.
אתגרים עם אלקטרוליטים מסורתיים
סוללות ליתיום-יון (LIB) מספקות חשמל לסמארטפונים ולטאבלטים, נוהגות ברכבים חשמליים ומאחסנות חשמל בתחנות כוח. המרכיבים העיקריים של רוב ה-LIBs הם קתודות ליתיום קובלט אוקסיד (LCO), אנודות גרפיט ואלקטרוליטים נוזליים המספקים יונים ניידים עבור תגובות הקתודה והאנודה המנותקות.
אלקטרוליטים אלו קובעים את המאפיינים של שכבת הבין-פאזית הנוצרת על האלקטרודות ובכך משפיעים על תכונות כגון ביצועי רכיבת הסוללה. עם זאת, אלקטרוליטים מסחריים עדיין מבוססים בעיקר על מערכת שנוסחה לפני למעלה מ-30 שנה: 1.0 עד 1.2 מול/ליטר ליתיום הקספלואורופוספט (LiPF6) בקרבוקסילי חוּמצָה אסטרים ("ממס קרבונט").
במהלך עשר השנים האחרונות פותחו אלקטרוליטים בריכוז גבוה (> 3 מול/ליטר), המגדילים את ביצועי הסוללה על-ידי העדפת היווצרות של שכבות בין-פאזיות חזקות הנשלטות על-ידי אנאורגנית. עם זאת, לאלקטרוליטים אלו יש צמיגות גבוהה, יכולת הרטבה ירודה ומוליכות נחותה.
כמויות גדולות של מלחי ליתיום הנדרשות גם מייקרים אותם מאוד, לרוב פרמטר קריטי להיתכנות. כדי להפחית עלויות, החל מחקר גם לגבי אלקטרוליטים בריכוז נמוך במיוחד (<0.3 מול/ליטר). החיסרון של אלה היה שתא הסוללה מתפרק יותר ממס מאשר אניוני המלח המעטים, מה שמוביל לשכבת אינטרפאזית בעלת שליטה אורגנית ופחות יציבה.
פריצת דרך עם LiDFOB אלקטרוליט
צוות בראשות Jinliang Yuan, Lan Xia ו-Xianyong Wu באוניברסיטת נינגבו (סין) ובאוניברסיטת פורטו ריקו-ריו פידראס (ארה"ב) פיתח כעת אלקטרוליט בריכוז נמוך במיוחד שעשוי להתאים ליישום מעשי בליתיום- סוללות יונים: LiDFOB/EC-DMC.
LiDFOB (ליתיום דיפלואורו(אוקסלאטו)בוראט) הוא תוסף נפוץ וזול משמעותית מ-LiPF6. EC-DMC (אתיל קרבונט/דימתיל קרבונט) הוא ממס קרבונט מסחרי.
לאלקטרוליט יש תכולת מלח נמוכה שעשויה לשבור שיא של 2 אחוזי משקל (0.16 מול/ליטר) אך מוליכות יונית גבוהה מספיק (4.6 mS/cm) כדי להפעיל סוללה. בנוסף, המאפיינים של ה-DFOB– אניונים מאפשרים היווצרות של שכבת אינטרפאזית חזקה הנשלטת על-ידי אנאורגנית על גבי אלקטרודות LCO וגרפיט, וכתוצאה מכך יציבות רכיבה יוצאת דופן בתאים חצאים ומלאים.
בעוד ה-LiPF6 בשימוש הנוכחי מתפרק בנוכחות לחות, משחרר גז מימן פלואוריד רעיל ומאכל (HF), LiDFOB יציב במים ובאוויר. במקום תנאי חדר יבשים קפדניים, ניתן לייצר LIBs עם LiDFOB בתנאי סביבה – תכונה נוספת לחיסכון בעלויות. מיחזור יהיה גם פחות בעייתי באופן משמעותי ויוביל ליותר קיימות.
המחקר מומן על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין, הקרן למדעי הטבע המחוזית של ג'ג'יאנג בסין, הפרויקט הגדול של Ningbo Science & Technology Innovation 2025, ומרכז NSF לקידום טכנולוגיות לבישות.
