Wat zijn de voordelen van het ontwerpen van elektrolyten met een hoge concentratie?

Elektrolyten met een hoge concentratie hebben meestal betrekking op systemen met een zoutconcentratie die aanzienlijk hoger is dan die van traditionele elektrolyten (meestal > 3 mol/l, en zelfs 5-10 mol/l of hoger).Zij hebben veel aandacht getrokken in elektrochemische energieopslagsystemen zoals lithium/natrium/zinc-ionbatterijen.

I. Wat zijn de specifieke voordelen van het ontwerpen van elektrolyten met een hoge concentratie?

1Uitbreiding van de elektrochemische stabiliteit

Bij hoge concentraties nemen anionen deel aan solvatie-structuren, waardoor het aantal vrije oplosmiddelmoleculen afneemt.De sterke coördinatie tussen oplosmiddelmoleculen en cationen verlaagt de hoogste bezette moleculaire orbitals en verhoogt de laagste onbezette moleculaire orbitals, waardoor de antioxidantcapaciteit aanzienlijk wordt verbeterd, de ontbinding van elektrolyten wordt gehinderd en hoge-spanningscathoden (zoals materialen op 5V-niveau) en lithium/natriummetalenodes worden afgestemd.

2. Onderdrukken Dendrite Groei en Verbeteren Veiligheid

Bij vrijwel geen vrije oplosmiddelmoleculen worden anionen bij voorkeur gereduceerd tot een stabiele vaste elektrolytinterface die rijk is aan anorganische componenten (zoals LiF en Li3N).uniform, en heeft een hoge mechanische sterkte, waardoor lithium-/natriumdendrieten effectief de scheider niet kunnen doorboren en het risico op kortsluitingen en thermische ontsnapping wordt verminderd.

3Verbeter de thermische stabiliteit

Het verminderde vrije oplosmiddel en de sterke wisselwerking tussen het oplosmiddel en het zout verminderen de vluchtigheid en ontvlambaarheid van het elektrolyt.Sommige systemen met een hoge concentratie bereiken zelfs een "niet-ontvlambaar" niveau, waardoor de veiligheid van de batterij onder hoge temperaturen of misbruik aanzienlijk wordt verbeterd.

4. Onderdrukken van Transition Metal Dissolution

Onder hoge spanning vermindert het systeem met hoge concentratie de elektrolytcorrosie van het kathodemateriaal en onderdrukt het oplossen van overgangsmetalen zoals Mn, Co en Ni.het stabiliseren van de kathodestructuur en het verlengen van de levensduur van de cyclus.

5. Speciale systemen zoals "water in zout" bereiken

In waterige elektrolyten maken ultrahoge concentraties het mogelijk dat alle watermoleculen aan de solvatie deelnemen, waardoor het elektrochemische venster van water aanzienlijk wordt verruimd (van 1,23 V tot meer dan 3,0 V).Dit maakt het mogelijk om hoogspanningselektrode­materialen in water­batterijen te gebruiken, waarbij veiligheid en energiedichtheid in evenwicht worden gebracht.

II. Nadelen van het gebruik van elektrolyten met een hoge concentratie?

1. Hoge viscositeit en slechte bevochtigbaarheid

De hoge concentraties versterken de interioonische interacties, waardoor de viscositeit van de elektrolyten sterk toeneemt.het maken van elektrolytinspuiting moeilijk en mogelijk verhogen van de ionentransport weerstand binnen de elektroden, die van invloed zijn op de renteprestaties.

2Verminderde ionengeleiding.

Hoewel het aantal ladingsdragers toeneemt, leidt de toegenomen viscositeit tot een aanzienlijke afname van de ionenmobiliteit.met name bij lage temperaturen, waardoor de snel opladen en lage temperatuur prestaties van de batterij worden beïnvloed.

3. Hogere kosten

Een hoge concentratie betekent dat er meer lithiumzouten (zoals LiPF6, LiFSI, LiTFSI, enz.) per volume-eenheid elektrolyt worden verbruikt.aanzienlijk verhogen van de productiekosten van de batterij.

4- Hoge eisen aan processen en apparatuur

• Sommige hoogconcentreerde elektrolyten (zoals elektrolyten op LiFSI-basis) kunnen aluminiumstroomcollectoren corroderen, waardoor een speciale behandeling of de invoering van additieven vereist is.

• Een hoge viscositeit vormt een uitdaging voor processen zoals vacuüminspuiting en impregnatie, waardoor mogelijk langere afzettingstermijnen of onder druk impregnatie nodig zijn.

• Zouten in systemen met een zeer hoge concentratie kunnen bij lage temperaturen of bij langdurig afzetting neerslaan en de consistentie beïnvloeden.

5. Beperkte lage temperatuur prestaties

Hoge concentratiesystemen hebben vaak een hoog eutectisch punt, wat leidt tot een sterke stijging van de viscositeit bij lage temperaturen en zelfs gedeeltelijke zoutkristallisatie.die bij lage temperaturen tot een ernstige afname van de capaciteit leidt.

6. Complexe interface compatibiliteit

Hoewel hoge concentraties in het algemeen een stabiele interfaceplaten bevorderen, kunnen in sommige systemen overdreven dikke of niet-eenvormige interfaceplaten de interfacepraatimpedantie verhogen.vooral tijdens het fietsen, die mogelijk tot continue verdikking kan leiden en de cyclusstabiliteit op lange termijn kan beïnvloeden.

Door het aanpassen van de solvatie structuur bieden hoogconcentreerde elektrolyten aanzienlijke voordelen op het gebied van stabiliteit, veiligheid en interfaccontrole.Zij zijn een belangrijke technologie voor de volgende generatie batterijen met een hoge energiedichtheid (met name metalen anoden).Hun hoge viscositeit, lage geleidbaarheid, hoge kosten en procescompatibiliteit blijven echter belangrijke obstakels voor praktische toepassingen.Gemeenschappelijke strategieën omvatten de invoering van co-oplosmiddelen met een lage viscositeit, waarbij lokale hoogconcentreerde elektrolyten (met verdunningsmiddelen) worden gebruikt en nieuwe zout/oplosmiddel systemen worden ontwikkeld om de technische prestaties te verbeteren en deze voordelen te behouden.