Ein neuer glasartiger flüssiger Elektrolyt weist einen Glasübergang über einen weiten Bereich auf

Da sich die Welt auf eine nachhaltigere Zukunft zubewegt, wird die Entwicklung fortschrittlicher elektrochemischer Geräte wie wiederaufladbare Batterien mit höherer Energiedichte und effizienter Galvanikfähigkeit immer wichtiger. In den letzten Jahren haben hochkonzentrierte Elektrolytlösungen, in denen Metallsalze in Konzentrationen gelöst sind, die zwei- bis dreimal so hoch sind wie die eines einzelnen Lösungsmittels, oder Mischungen, in denen Metallsalze übermäßig in einem einzigen Lösungsmittel gelöst sind, als neue Elektrolytlösungen für Aufmerksamkeit gesorgt.

Diese Lösungen bleiben bei Raumtemperatur flüssig und sorgen für eine hohe Ionenleitung sowie eine hochwertige Metallfilmbildung mit hoher Ausbeute. Die physikalisch-chemische oder thermodynamische Definition dieser Flüssigkeiten bleibt jedoch unklar. Darüber hinaus stellt die Identifizierung gelöster Spezies und das Verständnis ihrer Strukturen, die für ihre Verwendung als Elektrolyte von entscheidender Bedeutung sind, eine erhebliche Herausforderung dar.

Ein Forschungsteam der Universität Niigata unter der Leitung von Professor Yasuhiro Umebayashi und Dr. Jihae Han sowie Dr. Hikari Watanabe von der Tokyo University of Science untersuchte aus der Perspektive der Chemie von Lösungen die spezifischen Leitungsmechanismen von Lithiumionen in ionischen Lithiumlösungsflüssigkeiten und hochkonzentrierten Elektrolytlösungen. Sie entdeckten einen neuen glasartigen Flüssigelektrolyten, eine Zweikomponentenmischung aus zyklischem Sulfon und Lithiumsalz, die über einen weiten Bereich von Zusammensetzungen einen Glasübergang aufweist.

Darüber hinaus soll der besonders hohe Li-Gehalt verdeutlicht werden⁺ Die Übertragungszahl in diesen Mischungen, die Artbildung und die Dipol-Reorientierungsdynamik wurden untersucht, um Hinweise auf die Bildung großer Aggregate in diesen Mischungen zu liefern. Diese Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Diskussionen über Faraday am 10. Juni 2024.

Die thermophysikalischen Eigenschaften der binären Gemische Lithiumsalz-1,3-Propansulton (PS) und Lithiumsulfolansalz (SL) zeigten, dass innerhalb eines bestimmten Bereichs der Lithiumsalzkonzentrationen nur ein Glasübergang beobachtet wurde. Raman-Spektroskopie ergab, dass Lithiumionen in Lösung als Kontaktionenpaare (CIP) und Aggregate (AGG) in Lösung vorliegen.

Darüber hinaus konnte durch eine zweidimensionale Korrelationsanalyse von Raman-Spektren und dielektrischen Relaxationsspektren (DRS) die im DRS beobachtete Relaxation erfolgreich zugeordnet werden. Dies legt nahe, dass bei hoher Lithiumsalzkonzentration erzeugte AGGs eine große räumliche Skala haben und eine wichtige Rolle bei der spezifischen Leitung von Lithiumionen spielen.

Um die Sustainable Development Goals (SDGs) und Society-5-Ziele zu erreichen, besteht eine wachsende Nachfrage nach Energiespeichergeräten der nächsten Generation, die elektrische Energie effizient speichern können und für bestimmte Anwendungen geeignet sind. Die Entwicklung dieser Geräte, die flüssige und feste Elektrolyte verwenden, ist weiter fortgeschritten.

„Unsere Forschung zu flüssigen Elektrolyten auf Glasbasis stellt einen bedeutenden Schritt vorwärts dar, die Lücke zwischen herkömmlichen flüssigen und festen Elektrolyten zu schließen“, erklärt der korrespondierende Autor Professor Yasuhiro Umebayashi. „Diese Materialien bieten einzigartige Vorteile in Bezug auf Effizienz und Anpassungsfähigkeit an spezifische Anwendungen und ebnen den Weg für Energiespeichergeräte der nächsten Generation. »