(ขั้วบวกโลหะลิเธียม) เฟสส่วนต่อประสานของอิเล็กโทรไลต์แข็งที่ได้จากแอนไอออนชนิดใหม่

ชั้นเชื่อมต่ออิเล็กโทรไลต์แข็ง (Solid Electrolyte Interphase, SEI) เป็นคำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่ออธิบายเฟสใหม่ที่เกิดขึ้นระหว่างขั้วบวกและอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่ที่ใช้งานอยู่ แบตเตอรี่โลหะลิเธียม (Li) ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงนั้นถูกจำกัดอย่างมากจากการสะสมของลิเธียมแบบเดนไดรต์ซึ่งเกิดจาก SEI ที่ไม่สม่ำเสมอ แม้ว่าจะมีข้อดีเฉพาะตัวในการปรับปรุงความสม่ำเสมอของการสะสมลิเธียม แต่ในการใช้งานจริง ผลของ SEI ที่ได้จากแอนไอออนนั้นไม่เหมาะสม เมื่อเร็วๆ นี้ กลุ่มวิจัยของ Zhang Qiang จากมหาวิทยาลัย Tsinghua ได้เสนอให้ใช้ตัวรับแอนไอออนเพื่อปรับโครงสร้างของอิเล็กโทรไลต์เพื่อสร้าง SEI ที่ได้จากแอนไอออนที่มีเสถียรภาพ ตัวรับแอนไอออน tris(pentafluorophenyl)borane (TPFPB) ที่มีอะตอมโบรอนที่ขาดอิเล็กตรอนจะทำปฏิกิริยากับแอนไอออน bis(fluorosulfonimide) (FSI-) เพื่อลดความเสถียรในการลดลงของ FSI- นอกจากนี้ ในสภาวะที่มี TFPPB ชนิดของกลุ่มไอออน (AGG) ของ FSI- ในอิเล็กโทรไลต์ได้เปลี่ยนแปลงไป และ FSI- ทำปฏิกิริยากับ Li+ มากขึ้น ดังนั้น การสลายตัวของ FSI- จึงเกิดขึ้นได้ง่ายขึ้น ส่งผลให้เกิด Li2S และความเสถียรของ SEI ที่ได้จากแอนไอออนก็ดีขึ้น

ชั้น SEI ประกอบด้วยผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวแบบรีดักชันของอิเล็กโทรไลต์ องค์ประกอบและโครงสร้างของ SEI ถูกควบคุมโดยโครงสร้างของอิเล็กโทรไลต์เป็นหลัก กล่าวคือ ปฏิสัมพันธ์ระดับจุลภาคระหว่างตัวทำละลาย แอนไอออน และ Li+ โครงสร้างของอิเล็กโทรไลต์เปลี่ยนแปลงไปไม่เพียงแต่ตามชนิดของตัวทำละลายและเกลือลิเธียมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความเข้มข้นของเกลือด้วย ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อิเล็กโทรไลต์ความเข้มข้นสูง (HCE) และอิเล็กโทรไลต์ความเข้มข้นสูงเฉพาะจุด (LHCE) ได้แสดงให้เห็นถึงข้อดีที่เป็นเอกลักษณ์ในการทำให้ขั้วบวกโลหะลิเธียมมีเสถียรภาพโดยการสร้าง SEI ที่เสถียร อัตราส่วนโมลของตัวทำละลายต่อเกลือลิเธียมต่ำ (น้อยกว่า 2) และแอนไอออนจะถูกนำเข้าไปในชั้นการละลายรอบแรกของ Li+ ทำให้เกิดคู่ไอออนสัมผัส (CIP) และการรวมกลุ่ม (AGG) ใน HCE หรือ LHCE องค์ประกอบของ SEI จึงถูกควบคุมโดยแอนไอออนใน HCE และ LHCE ซึ่งเรียกว่า SEI ที่ได้จากแอนไอออน แม้ว่าชั้น SEI ที่ได้จากแอนไอออนจะมีประสิทธิภาพที่น่าสนใจในการรักษาเสถียรภาพของขั้วบวกโลหะลิเธียม แต่ในปัจจุบันยังไม่เพียงพอที่จะรับมือกับความท้าทายในสภาพการใช้งานจริง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปรับปรุงเสถียรภาพและความสม่ำเสมอของชั้น SEI ที่ได้จากแอนไอออนให้ดียิ่งขึ้น เพื่อเอาชนะความท้าทายภายใต้สภาวะจริง

แอนไอออนในรูปของ CIP และ AGG เป็นสารตั้งต้นหลักสำหรับ SEI ที่ได้จากแอนไอออน โดยทั่วไป โครงสร้างของอิเล็กโทรไลต์ของแอนไอออนจะถูกควบคุมโดยอ้อมด้วย Li+ เนื่องจากประจุบวกของโมเลกุลตัวทำละลายและตัวเจือจางมีการกระจายตัวอย่างอ่อนๆ และไม่สามารถโต้ตอบกับแอนไอออนได้โดยตรง ดังนั้น จึงมีความคาดหวังสูงต่อกลยุทธ์ใหม่ๆ ในการควบคุมโครงสร้างของอิเล็กโทรไลต์แอนไอออนโดยการโต้ตอบกับแอนไอออนโดยตรง