Kiinteän elektrolyyttirajapinnan (SEI) termiä käytetään laajalti kuvaamaan toimivissa akuissa anodin ja elektrolyytin välille muodostuvaa uutta faasia. Suurienergisten litiummetalliakkujen (Li) kehitystä haittaa merkittävästi epätasaisen SEI:n ohjaama dendriittinen litiumkerrostuminen. Vaikka sillä on ainutlaatuisia etuja litiumkerrostumisen tasaisuuden parantamisessa, käytännön sovelluksissa anionista johdetun SEI:n vaikutus ei ole ihanteellinen. Äskettäin Zhang Qiangin tutkimusryhmä Tsinghuan yliopistosta ehdotti anionireseptorien käyttöä elektrolyyttirakenteen säätämiseen stabiilin anionista johdetun SEI:n rakentamiseksi. Elektronivajaista booriatomia sisältävä tris(pentafluorifenyyli)boraanianionireseptori (TPFPB) on vuorovaikutuksessa bis(fluorisulfonimidi)anionin (FSI-) kanssa vähentäen FSI-:n pelkistysstabiilisuutta. Lisäksi TFPPB:n läsnä ollessa FSI-:n ioniklusterien (AGG) tyyppi elektrolyytissä on muuttunut, ja FSI- on vuorovaikutuksessa enemmän Li+-ionien kanssa. Siksi FSI₂:n hajoaminen Li₂S:n tuottamiseksi edistyy ja anionista johdetun SEI:n stabiilius paranee.
SEI koostuu elektrolyytin pelkistyvistä hajoamistuotteista. SEI:n koostumusta ja rakennetta säätelee pääasiassa elektrolyytin rakenne, eli liuottimen, anionin ja Li+-ionien välinen mikroskooppinen vuorovaikutus. Elektrolyytin rakenne muuttuu paitsi liuottimen ja litiumsuolan tyypin, myös suolan pitoisuuden mukaan. Viime vuosina korkeakonsentraatioinen elektrolyytti (HCE) ja paikallinen korkeakonsentraatioinen elektrolyytti (LHCE) ovat osoittaneet ainutlaatuisia etuja litiummetallianodien stabiloinnissa muodostamalla stabiilin SEI:n. Liuottimen ja litiumsuolan moolisuhde on alhainen (alle 2), ja anionit siirtyvät Li+-ionien ensimmäiseen solvataatiokuoreen muodostaen kontaktionipareja (CIP) ja aggregaatiota (AGG) HCE:ssä tai LHCE:ssä. SEI:n koostumusta säädellään myöhemmin HCE:n ja LHCE:n anioneilla, joita kutsutaan anionipohjaisiksi SEI:iksi. Huolimatta houkuttelevasta suorituskyvystään litiummetallianodien stabiloinnissa, nykyiset anionipohjaiset SEI:t eivät riitä vastaamaan käytännön olosuhteiden haasteisiin. Siksi on tarpeen parantaa edelleen anionista johdetun SEI:n stabiilisuutta ja tasaisuutta haasteiden voittamiseksi todellisissa olosuhteissa.
CIP:n ja AGG:n muodossa olevat anionit ovat anioneista johdetun SEI:n tärkeimmät esiasteet. Yleisesti ottaen anionien elektrolyyttirakennetta säätelee epäsuorasti Li+, koska liuotin- ja laimennusmolekyylien positiivinen varaus on heikosti lokalisoitunut eikä voi olla suorassa vuorovaikutuksessa anionien kanssa. Siksi uusia strategioita anionisten elektrolyyttien rakenteen säätelemiseksi suorassa vuorovaikutuksessa anionien kanssa odotetaan innolla.
Julkaisun aika: 22.11.2021