在超低温下为高功率金属电池使用的多功能电解质添加剂
Weili Zhang1,2, Yang Lu3, Qingqing Feng4
1Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing, China. zhangweili@tsinghua-hf.edu.cn.
Nature communications
|April 8, 2025
概括
一种新的添加剂, perfluoroalkylsulfonyl四等酸 (PQA-NO3),使得在超低温度下高性能金属电池成为可能. 这一突破解决了极寒应用的离子运输和树岩形成方面的挑战.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 储能 储能 储能 储能 储能 储能
背景情况:
- 超低温金属电池面临着诸如离子运输不良和树生长等挑战,限制了高功率性能.
- 现有的电解质努力平衡高载体离子度,低粘度,快速溶解和接口稳定性.
研究的目的:
- 为超低温金属电池设计和合成一种新的多功能电解质添加剂.
- 为了提高离子导电性,电化学稳定性,以及在低温下抑制树.
主要方法:
- 合成的 perfluoroalkylsulfonyl 四等酸 (PQA-NO3) 作为一个双成分添加剂.
- 研究了固体电解质间相 (SEI) 和溶解结构的现场形成.
- 在低至-85°C的温度下,评估了LiidiyeNMC811硬币细胞和袋细胞的电解质性能.
主要成果:
- 添加剂PQA-NO3促进了富含无机物SEI的形成,增强了Li+的运输.
- 酸盐成分促进了离子丰富,溶剂贫乏的溶解结构,改善了氧化稳定性.
- 开发的以太基电解质表现出高电压耐受性,增加了离子导电性,并减少了溶解能量障碍.
- 硬币电池在-60°C显示稳定循环;袋式电池在-85°C保持48.1%的容量 (171.8Wh/kg-1特定能量).
- 袋式电池在-50°C (3.0°C放电率) 达到938.5W kg-1的特定功率.
结论:
- 该PQA-NO3添加剂有效地使金属电池在极端低温环境中能够高速稳定运行.
- 这种多功能添加剂战略为开发下一代冷气候储能解决方案提供了一个有希望的途径.
