Литиум-јонските батерии со новиот адитив FPTI задржале до 95,6% од капацитетот по 1.000 циклуси, без промена на графитната анода
Литиум-јонските батерии би можеле значително подолго да го задржат својот капацитет благодарение на нов електролитен адитив кој го стабилизира заштитниот слој на површината на графитната анода. Истражувачите од Japan Advanced Institute of Science and Technology го развиле соединението FPTI, со чија помош тестираните ќелии по 1.000 циклуси на полнење задржале дури 95,6% од максималниот капацитет.
FPTI, односно „pentafluorophenyl thiophene imine“, делува во текот на првите циклуси на полнење, кога на графитот се формира таканаречен „solid electrolyte interphase“ или SEI-слој. Овој заштитен слој овозможува минување на литиумските јони меѓу електролитот и електродата, а истовремено ги ограничува несаканите хемиски реакции.
Кога SEI-слојот станува нестабилен, се троши активниот литиум, расте внатрешниот отпор и батеријата побрзо го губи капацитетот. Затоа, истражувачите се обиделе токму овој слој да го направат постабилен, без да ја менуваат самата графитна анода.
Литиум-јонските батерии со FPTI адитивот многу побавно го губат капацитетот
FPTI бил додаден во стандардниот електролит во концентрации од 2 и 4 mg/ml. При повисоката концентрација, отпорот на SEI-слојот бил намален од 7,6 на 2,2 оми, додека отпорот при преносот на полнежот паднал од 41,8 на 19,8 оми. Истовремено, била подобрена и дифузијата на литиумските јони.
Различни делови од молекулата FPTI придонесуваат за создавање на заштитниот слој. Соединенијата добиени од сулфурот и иминот се вградуваат во интерфејсот, додека флуорот помага во формирањето слој богат со литиум флуорид. Резултатот е помалку несакани реакции и полесно движење на литиумските јони меѓу електродата и електролитот.
Разликата станала особено забележлива при долготрајното тестирање. Ќелиите со 2 mg/ml FPTI задржале 89,4% од капацитетот по 1.000 циклуси, додека оние со 4 mg/ml останале на 95,6%. Контролните ќелии без адитив задржале само 62,7% и почнале значително да деградираат по приближно 350 циклуси.
Сепак, кога FPTI бил додаден директно во целосна ќелија со NMC811 катода и графитна анода, тој го зголемил отпорот на катодата и ги влошил перформансите. Поради тоа, истражувачите го промениле пристапот: прво ја третирале графитната анода со FPTI и формирале подобрен SEI-слој, а потоа целата батерија ја составиле со стандарден електролит.
Таквата ќелија, со анода претходно третирана со концентрација од 4 mg/ml, достигнала енергетска густина од околу 233 Wh/kg, додека верзијата со 2 mg/ml постигнала околу 192 Wh/kg. Контролната ќелија достигнала приближно 130 Wh/kg.
Резултатите покажуваат дека животниот век на литиум-јонските батерии можеби може да се продолжи со прецизен хемиски третман на графитната површина, без замена на еден од најраспространетите материјали за аноди.
Сепак, потребни се тестирања на поголеми комерцијални ќелии и во поширок опсег на работни услови пред да се утврди дали FPTI е подготвен за практична примена, пишува Interesting Engineering.
