(مصعد الليثيوم المعدني) الطور البيني للإلكتروليت الصلب الجديد المشتق من الأنيون

يُستخدم مصطلح "الطبقة البينية للإلكتروليت الصلب" (SEI) على نطاق واسع لوصف الطور الجديد المتكون بين المصعد والإلكتروليت في البطاريات العاملة. وتعاني بطاريات الليثيوم المعدنية عالية الكثافة الطاقية من مشكلة ترسب الليثيوم المتشعب الناتج عن عدم انتظام طبقة SEI. ورغم مزاياها الفريدة في تحسين انتظام ترسب الليثيوم، إلا أن تأثير طبقة SEI المشتقة من الأنيونات ليس مثاليًا في التطبيقات العملية. ومؤخرًا، اقترح فريق بحث تشانغ تشيانغ من جامعة تسينغهوا استخدام مستقبلات الأنيونات لتعديل بنية الإلكتروليت بهدف بناء طبقة SEI مستقرة مشتقة من الأنيونات. ويتفاعل مستقبل الأنيون ثلاثي (خماسي فلورو فينيل) البوران (TPFPB)، الذي يحتوي على ذرات بورون فقيرة بالإلكترونات، مع أنيون ثنائي (فلوروسلفونيميد) (FSI-) لتقليل استقرار اختزاله. بالإضافة إلى ذلك، في وجود TFPPB، يتغير نوع تجمعات الأيونات (AGG) لـ FSI- في الإلكتروليت، ويتفاعل FSI- مع المزيد من Li+. وبالتالي، يتم تعزيز تحلل FSI- لإنتاج Li2S، وتتحسن استقرار طبقة SEI المشتقة من الأنيونات.

تتكون طبقة SEI من نواتج التحلل الاختزالي للإلكتروليت. ويتحكم تركيب وبنية طبقة SEI بشكل أساسي في بنية الإلكتروليت، أي التفاعل المجهري بين المذيب والأنيون وأيونات الليثيوم (Li+). وتتغير بنية الإلكتروليت ليس فقط بتغير نوع المذيب وملح الليثيوم، بل أيضًا بتغير تركيز الملح. في السنوات الأخيرة، أظهر كل من الإلكتروليت عالي التركيز (HCE) والإلكتروليت عالي التركيز الموضعي (LHCE) مزايا فريدة في تثبيت مصاعد الليثيوم المعدني من خلال تكوين طبقة SEI مستقرة. تكون النسبة المولية للمذيب إلى ملح الليثيوم منخفضة (أقل من 2)، وتُدخل الأنيونات في غلاف الإذابة الأول لأيونات الليثيوم (Li+)، مما يؤدي إلى تكوين أزواج أيونية متلامسة (CIP) وتجمعات أيونية (AGG) في كل من HCE وLHCE. ويتم تنظيم تركيب طبقة SEI لاحقًا بواسطة الأنيونات في كل من HCE وLHCE، وهو ما يُطلق عليه اسم طبقة SEI المشتقة من الأنيونات. على الرغم من أدائها المتميز في تثبيت مصاعد الليثيوم المعدني، فإن طبقات SEI المشتقة من الأنيونات الحالية غير كافية لمواجهة تحديات الظروف العملية. لذا، من الضروري تحسين استقرار وتجانس هذه الطبقات للتغلب على التحديات في الظروف الواقعية.

تُعدّ الأنيونات، على شكل CIP وAGG، المكونات الرئيسية لطبقة SEI المشتقة من الأنيونات. وبشكل عام، تُنظَّم بنية الإلكتروليت للأنيونات بشكل غير مباشر بواسطة أيونات الليثيوم (Li+)، لأن الشحنة الموجبة لجزيئات المذيب والمخفف ضعيفة التمركز ولا يمكنها التفاعل مباشرة مع الأنيونات. لذا، يُنتظر بشدة تطوير استراتيجيات جديدة لتنظيم بنية الإلكتروليتات الأنيونية من خلال التفاعل المباشر مع الأنيونات.