Kako se upotreba električnih i hibridnih vozila povećava u mnogim zemljama širom sveta, razvoj bezbednih tehnologija baterija sa boljim performansama postaje sve važniji. Najvažnije, inženjeri pokušavaju da povećaju bezbednost i energetski kapacitet baterija, istovremeno obezbeđujući njihovu skalabilnost i usporavaju njihovu degradaciju tokom vremena.
Tehnologije baterija koje bi mogle da podrže zahteve elektronske industrije uključuju punjive multivalentne metalne baterije (tj. baterije koje koriste viševalentne jone) zasnovane na anodnim materijalima sa niskim potencijalom redukcije, kao što su magnezijum (Mg) i kalcijum (Ca). Ove baterije bi mogle da ispolje veliku gustinu energije ako se razvijaju korišćenjem prave kombinacije anoda, katoda i elektrolita.
Poslednjih godina, studije su identifikovale različite isplative anodne materijale za ove baterije. Mnogi od predloženih elektrolita su, s druge strane, ili teški za nabavku ili se oslanjaju na sofisticirane procese sinteze, što ih čini teškim za proizvodnju u velikim razmerama.
Istraživači sa Univerziteta Zhejiang, Globalnog centra za naučne i tehnološke inovacije ZJU-Hangdžou i Tehnološkog univerziteta u Dalianu nedavno su predstavili novu, univerzalnu metodu za realizaciju visoko efikasnih i skalabilnih elektrolita za viševalentne metalne baterije. Njihova predložena strategija, predstavljena u radu u Nature Energi, mogla bi pomoći u osmišljavanju reverzibilnih i pristupačnijih sistema elektrolita, koji bi se mogli pokazati vrednim za baterijske tehnologije sledeće generacije.
„Ekonomični sistemi elektrolita visokih performansi traže se za multivalentne metalne baterije visoke gustine energije“, napisali su Sijuang Li, Jiahui Žang i njihove kolege u svom radu.
„Međutim, skupi prekursori i složeni proces sinteze ometaju istraživanje interfejsa katodne elektrode/elektrolita i solvatacionih struktura. Razvili smo univerzalni metod zamene katjona za pripremu jeftinih, visoko reverzibilnih elektrolita magnezijuma i kalcijuma dobijenih iz strukture solvatacije cinka organoborata. “
Metoda koju je uveo ovaj istraživački tim obuhvata različite korake. Prvo, istraživači su pokrenuli hemijsku reakciju između pristupačnog i lako dostupnog prekursora Zn(BH 4 ) 2 sa različitim fluoroalkoholima, proizvodeći ciljne anjone sa različitim razgranatim lancima.
Nakon toga, ovi anjonski solvati su reagovali sa jeftinim metalnim folijama sa većom aktivnošću metala da bi proizveli ciljne solvatacione strukture. Da bi suzbili kontinuirano razlaganje rastvarača i održali stabilan ciklus baterije, istraživači su predložili formiranje pasivacionog sloja zasnovanog na dva tipa Ca solvata.
„Racionalnim prilagođavanjem dužine lanca prekursora i stepena F-supstitucije, možemo fino podesiti učešće anjona u primarnoj solvatacionoj ljusci“, objasnili su istraživači u svom radu. „Potpuno disocirani Mg organoborat elektrolit omogućava visoku izdržljivost struje i poboljšanu elektrohemijsku kinetiku, dok Ca organoborat elektrolit sa jakom koordinacijom / B-H uključenjem nudi stabilnu međufazu čvrstog elektrolita sa visokom kulombičkom efikasnošću.“
Istraživači su do sada koristili svoj metod da kreiraju prototip baterije sa visokim opterećenjem od 53,4 Vh kg −1 zasnovan na Mg/S, koji je sadržao 30 μm Mg anodu, nizak odnos elektrolit/sumpor (E/S = 5,58 μl m 1 ) i modifikovani separator/međusloj. U početnim testovima, prototip baterije je postigao obećavajuće rezultate, naglašavajući obećanje ovog pristupa za stvaranje povoljnih i jeftinih elektrolita za viševalentne metalne baterije.
U budućnosti, metoda predstavljena u ovom radu mogla bi da otvori put ka stvaranju različitih reverzibilnih sistema elektrolita koji se oslanjaju na pristupačnije materijale i jednostavnije strategije obrade. Ovi elektroliti se mogu koristiti za stvaranje skalabilnih i bezbednih multivalentnih metalnih baterija sa većom gustinom energije.
