Az új lítium akkumulátor több mint 700 Wh/kg sűrűséget ér el és -50 °C-on működik

Egy kínai kutatócsoport olyan újszerű fluorozott szénhidrogén-elektrolitot fejlesztett ki, amely megdönti az akkumulátorok jelenlegi teljesítményének felső határát. A Nature folyóiratban megjelent tanulmány egy olyan oldószert mutat be, amely szobahőmérsékleten 700 Wh/kg-ot meghaladó, -50 °C-on pedig körülbelül 400 Wh/kg-ot meghaladó energiasűrűségre képes. Ez jelentősen felülmúlja a hagyományos elektromos járműakkumulátorok teljesítményét, amelyek normál körülmények között jellemzően 270 Wh/kg körül érik el a csúcsértéket, ami új lehetőségeket nyit meg a repülőgépipar, a hálózati tárolás és a szélsőséges éghajlaton történő elektromos közlekedés számára.

Az akkumulátorok elektrolitjai eddig oxigén- és nitrogénalapú ligandumokra támaszkodtak a katód és az anód közötti töltésszállításban. Ezek a hagyományos anyagok azonban olyan erős kötődést hoznak létre, amely meghiúsítja a töltésátvitelt az elektród-elektrolit határfelületen, ami jelentősen korlátozza a teljesítményt alacsony hőmérsékletű működés vagy gyors töltés során. Ennek kiküszöbölésére a kutatók hat monofluorozott hidrofluorkarbon oldószert szintetizáltak. A fluoralapú ligandumok specifikus tervezésével, a beállított sztérikus akadályozottsággal és Lewis-bázicitással a csapat a lítiumsó oldódását 2 mol/l fölé javította.

A kiemelkedő oldószer, az 1,3-difluoropropan kivételes tulajdonságokat mutatott, beleértve a 0,95 centipoise-os alacsony viszkozitást és a magas oxidációs stabilitást 4,9 volt felett. A fluoratomok első szolvatációs héjba történő beépítésével az így létrejövő gyenge koordináció elősegíti a rendkívül hatékony lítium-leválasztást és -lecsapolást. Ez a mechanizmus 99,7%-os Coulomb-hatékonyságot és a hagyományos oxigénalapú rendszereknél egy teljes nagyságrenddel nagyobb cserélőáram-sűrűséget ér el -50 °C-on (122 °F).

A tesztelés sikeresnek bizonyult lítium-fém tasakcellákban, amelyek 0,5 grammnál kisebb amperóránkénti elektrolitmennyiséggel működnek. A kutatók szerint ez a fluor-koordinációs kémia túllép a hagyományos elektrokémiai tervezési korlátokon. A szén- és fluorarányok jövőbeni módosítása még stabilabb, 100 °C feletti forráspontú változásokat eredményezhet, ígéretes utat nyitva a következő generációs energiatároló rendszerek teljesítményének és energiasűrűségének további növeléséhez.