Nankai Üniversitesi ve Şanghay Uzay Enerji Kaynakları Enstitüsü liderliğindeki bir araştırma ekibi, 700 Wh/kg’ın üzerinde enerji yoğunluğuna sahip lityum-metal poşet pillerin -70°C’ye kadar düşük sıcaklıklarda çalışmasını sağlayan yeni bir hidroflorokarbon (HFC) elektrolit geliştirdiğini bildirdi. Çalışma, 25 Şubat’ta Nature dergisinde “Enerji Yoğun ve Düşük Sıcaklıklı Piller için Hidroflorokarbon Elektrolitler” başlıklı bir makalede yayınlandı.
Lityum piller için yeni elektrolit teknik açıdan avantaj sağlıyor
Nankai Üniversitesi’ne göre, çalışma Nankai Üniversitesi’nden Jun Chen ve Qing Zhao ile Çin Havacılık ve Uzay Bilimi ve Teknolojisi Şirketi’nin Sekizinci Akademisi’nin bir parçası olan Şanghay Uzay Enerji Kaynakları Enstitüsü’nden Yong Li liderliğindeki ekipler tarafından tamamlandı. Nankai, doktora öğrencisi Lanqing Wu’nun makalenin ilk yazarı olduğunu, Zhao, Chen ve Li’nin ise sorumlu yazarlar olarak görev yaptığını belirtti.
Temel ilerleme elektrolit kimyasında yatıyor. Makaleye göre, araştırmacılar geleneksel karbonat bazlı lityum pil elektrolitlerinin temelini oluşturan oksijen koordinasyon çerçevesinden uzaklaşarak, monoflorlu alkan çözücülerine dayalı flor koordinasyonlu bir sistem tasarladılar. Çekirdek çözücü olarak 1,3-difluoropropan (DFP) kullanarak, 2 mol/L’nin üzerinde lityum tuzu çözünmesi elde ettiler ve florlu hidrokarbonların yüksek konsantrasyonda lityum tuzlarını etkili bir şekilde çözemeyeceği yönündeki uzun süredir devam eden varsayımı sorguladılar.
Bildirilen performans rakamları dikkat çekici. Nature dergisindeki makaleye göre, DFP bazlı elektrolit 0,95 cP düşük viskozite, 4,9 V’nin üzerinde oksidasyon kararlılığı ve -70 °C’de 0,29 mS/cm iyonik iletkenlik sağladı. Bu elektrolite dayanarak, ekip, oda sıcaklığında 707 Wh/kg’lık tepe enerji yoğunluğuna sahip lityum-metal poşet piller gösterdi; bu, günümüzün ticari lityum iyon pillerinde tipik olarak görülen seviyenin iki katından fazla. Nankai ayrıca, pilin -50°C’de yaklaşık 400 Wh/kg enerji yoğunluğunu koruduğunu ve -70°C’de çalışmaya devam ettiğini belirtti.
Çalışma ayrıca, pillerde sürekli karşılaşılan iki dezavantajın (enerji yoğunluğu ve düşük sıcaklık performansı) üstesinden gelmenin olası bir yoluna da işaret ediyor. Araştırmacılar makalede, daha zayıf lityum-flor koordinasyonunun çözünme bariyerlerini azaltabileceğini ve soğuk koşullar altında daha hızlı şarj transferini destekleyebileceğini, ayrıca çözücünün ıslatma davranışının elektrolit kullanımını da azaltabileceğini savunuyorlar. Çalışmada, oda sıcaklığında %99,7 ve -70°C’de %98,0 lityum kaplama/sıyırma Coulomb verimliliği rapor edildi.