Η ενδιάμεση φάση στερεού ηλεκτρολύτη (SEI) χρησιμοποιείται ευρέως για να περιγράψει τη νέα φάση που σχηματίζεται μεταξύ της ανόδου και του ηλεκτρολύτη σε λειτουργικές μπαταρίες. Οι μεταλλικές μπαταρίες λιθίου (Li) υψηλής ενεργειακής πυκνότητας παρεμποδίζονται σοβαρά από την εναπόθεση δενδριτικού λιθίου που καθοδηγείται από μη ομοιόμορφο SEI. Αν και έχει μοναδικά πλεονεκτήματα στη βελτίωση της ομοιομορφίας της εναπόθεσης λιθίου, σε πρακτικές εφαρμογές, η επίδραση του SEI που προέρχεται από ανιόντα δεν είναι ιδανική. Πρόσφατα, η ερευνητική ομάδα του Zhang Qiang από το Πανεπιστήμιο Tsinghua πρότεινε τη χρήση υποδοχέων ανιόντων για την προσαρμογή της δομής του ηλεκτρολύτη για την κατασκευή ενός σταθερού SEI που προέρχεται από ανιόντα. Ο υποδοχέας ανιόντων τρις(πενταφθοροφαινυλ)βορανίου (TPFPB) με άτομα βορίου με έλλειψη ηλεκτρονίων αλληλεπιδρά με το ανιόν δις(φθοροσουλφονιμιδίου) (FSI-) για να μειώσει τη σταθερότητα αναγωγής του FSI-. Επιπλέον, παρουσία TFPPB, ο τύπος των συστάδων ιόντων (AGG) του FSI- στον ηλεκτρολύτη έχει αλλάξει και το FSI- αλληλεπιδρά με περισσότερο Li+. Επομένως, η αποσύνθεση του FSI- προάγεται για την παραγωγή Li2S, και βελτιώνεται η σταθερότητα του SEI που προέρχεται από ανιόντα.
Ο SEI αποτελείται από τα προϊόντα αναγωγικής αποσύνθεσης του ηλεκτρολύτη. Η σύνθεση και η δομή του SEI ελέγχονται κυρίως από τη δομή του ηλεκτρολύτη, δηλαδή την μικροσκοπική αλληλεπίδραση μεταξύ του διαλύτη, του ανιόντος και του Li+. Η δομή του ηλεκτρολύτη αλλάζει όχι μόνο με τον τύπο του διαλύτη και του άλατος λιθίου, αλλά και με τη συγκέντρωση του άλατος. Τα τελευταία χρόνια, ο ηλεκτρολύτης υψηλής συγκέντρωσης (HCE) και ο εντοπισμένος ηλεκτρολύτης υψηλής συγκέντρωσης (LHCE) έχουν δείξει μοναδικά πλεονεκτήματα στη σταθεροποίηση ανόδων μετάλλου λιθίου σχηματίζοντας έναν σταθερό SEI. Η μοριακή αναλογία διαλύτη προς άλας λιθίου είναι χαμηλή (λιγότερο από 2) και τα ανιόντα εισάγονται στο πρώτο περίβλημα διαλυτοποίησης του Li+, σχηματίζοντας ζεύγη ιόντων επαφής (CIP) και συσσωμάτωση (AGG) σε HCE ή LHCE. Η σύνθεση του SEI στη συνέχεια ρυθμίζεται από ανιόντα σε HCE και LHCE, κάτι που ονομάζεται SEI που προέρχεται από ανιόντα. Παρά την ελκυστική του απόδοση στη σταθεροποίηση ανόδων μετάλλου λιθίου, οι τρέχοντες SEI που προέρχονται από ανιόντα δεν επαρκούν για την αντιμετώπιση των προκλήσεων των πρακτικών συνθηκών. Επομένως, είναι απαραίτητο να βελτιωθεί περαιτέρω η σταθερότητα και η ομοιομορφία του SEI που προέρχεται από ανιόντα για να ξεπεραστούν οι προκλήσεις υπό πραγματικές συνθήκες.
Τα ανιόντα με τη μορφή CIP και AGG είναι οι κύριοι πρόδρομοι για τον SEI που προέρχεται από ανιόντα. Γενικά, η ηλεκτρολυτική δομή των ανιόντων ρυθμίζεται έμμεσα από το Li+, επειδή το θετικό φορτίο των μορίων του διαλύτη και του αραιωτικού είναι ασθενώς εντοπισμένο και δεν μπορεί να αλληλεπιδράσει άμεσα με τα ανιόντα. Επομένως, αναμένονται με μεγάλο ενδιαφέρον νέες στρατηγικές για τη ρύθμιση της δομής των ανιονικών ηλεκτρολυτών μέσω άμεσης αλληλεπίδρασης με ανιόντα.
Ώρα δημοσίευσης: 22 Νοεμβρίου 2021