(آند فلزی لیتیوم) فاز سطحی الکترولیت جامد جدید مشتق شده از آنیون

اصطلاح «فاز میانی الکترولیت جامد» (SEI) به طور گسترده برای توصیف فاز جدید تشکیل شده بین آند و الکترولیت در باتری‌های در حال کار استفاده می‌شود. باتری‌های لیتیوم فلزی با چگالی انرژی بالا (Li) به شدت تحت تأثیر رسوب دندریتی لیتیوم هدایت شده توسط SEI غیر یکنواخت قرار می‌گیرند. اگرچه این روش مزایای منحصر به فردی در بهبود یکنواختی رسوب لیتیوم دارد، اما در کاربردهای عملی، تأثیر SEI مشتق شده از آنیون ایده‌آل نیست. اخیراً، گروه تحقیقاتی ژانگ کیانگ از دانشگاه تسینگهوا پیشنهاد استفاده از گیرنده‌های آنیونی را برای تنظیم ساختار الکترولیت جهت ساخت یک SEI مشتق شده از آنیون پایدار ارائه داده است. گیرنده آنیون تریس (پنتافلوئوروفنیل) بوران (TPFPB) با اتم‌های بور دارای کمبود الکترون با آنیون بیس (فلوروسولفونیمید) (FSI-) تعامل می‌کند تا پایداری کاهش FSI- را کاهش دهد. علاوه بر این، در حضور TFPPB، نوع خوشه‌های یونی (AGG) FSI- در الکترولیت تغییر کرده است و FSI- با Li+ بیشتری تعامل دارد. بنابراین، تجزیه FSI- به تولید Li2S منجر می‌شود و پایداری SEI مشتق شده از آنیون بهبود می‌یابد.

SEI از محصولات تجزیه کاهشی الکترولیت تشکیل شده است. ترکیب و ساختار SEI عمدتاً توسط ساختار الکترولیت، یعنی برهمکنش میکروسکوپی بین حلال، آنیون و Li+ کنترل می‌شود. ساختار الکترولیت نه تنها با نوع حلال و نمک لیتیوم، بلکه با غلظت نمک نیز تغییر می‌کند. در سال‌های اخیر، الکترولیت با غلظت بالا (HCE) و الکترولیت با غلظت بالای موضعی (LHCE) مزایای منحصر به فردی در تثبیت آندهای فلزی لیتیوم با تشکیل یک SEI پایدار نشان داده‌اند. نسبت مولی حلال به نمک لیتیوم کم است (کمتر از 2) و آنیون‌ها به اولین غلاف حلال‌پوشی Li+ وارد می‌شوند و جفت یون‌های تماسی (CIP) و تجمع (AGG) را در HCE یا LHCE تشکیل می‌دهند. ترکیب SEI متعاقباً توسط آنیون‌ها در HCE و LHCE تنظیم می‌شود که SEI مشتق شده از آنیون نامیده می‌شود. با وجود عملکرد جذاب آن در پایدارسازی آندهای فلزی لیتیوم، SEI های مشتق شده از آنیون فعلی برای رفع چالش‌های شرایط عملی کافی نیستند. بنابراین، برای غلبه بر چالش‌ها در شرایط واقعی، بهبود بیشتر پایداری و یکنواختی SEI مشتق شده از آنیون ضروری است.

آنیون‌ها به شکل CIP و AGG پیش‌سازهای اصلی SEI مشتق‌شده از آنیون هستند. به‌طورکلی، ساختار الکترولیت آنیون‌ها به‌طور غیرمستقیم توسط Li+ تنظیم می‌شود، زیرا بار مثبت مولکول‌های حلال و رقیق‌کننده به‌طور ضعیفی موضعی شده و نمی‌توانند به‌طور مستقیم با آنیون‌ها برهمکنش داشته باشند. بنابراین، استراتژی‌های جدیدی برای تنظیم ساختار الکترولیت‌های آنیونی از طریق برهمکنش مستقیم با آنیون‌ها بسیار مورد انتظار است.