Ученые из Китая подтвердили, что электролиты с добавками бора могут решить основные проблемы, связанные с литий-металлическими батареями. Они показали, что окислительное разложение добавок бора на границе раздела фаз катода и электролита способствует образованию прочной межфазной связи катод-электролит. Исследовательская группа разработала четыре B-ads для литий-металлических аккумуляторов.

Устройства для накопления энергии, использующие металлический литий в качестве анода, имеют плотность энергии более 500 Wh/kg. Однако исследовательская группа из китайского университета Нанькай заявила, что практическое применение литий-металлических аккумуляторов (LMB) по-прежнему сильно ограничено такими проблемами, как образование литиевых дендритов, короткий срок службы и низкая кулоновская эффективность нанесения/снятия литиевого покрытия. После проведения дополнительных исследований команда исследователей подчеркнула, что оптимизация состава электролитов может стать эффективным подходом к решению этих проблем, а разработка присадок - одним из наиболее экономичных методов коммерческого применения.

Исследователи отметили, что добавки бора обладают множеством преимуществ для литий-металлических аккумуляторов. Они утверждают, что сильный дефицит электронов может способствовать растворению Li2O и снижению сопротивления межфазному переносу заряда металлического литиевого анода. Благодаря растворению отложений LiF в порах CFx, добавки бора могут быть дополнительно использованы в литий-ионных аккумуляторах для увеличения коэффициента диффузии литий-ионных соединений, что, по мнению исследователей, в значительной степени улучшает удельную разрядную способность и повышает быстродействие таких аккумуляторов. Исследователи также показали, что окислительное разложение добавок бора на границе раздела фаз катода способствует образованию прочной катодно-электролитической фазы, которая способствует длительной циклической стабильности высоковольтных катодов.

Группа ученых из китайского университета Нанькай исследовала четыре борсодержащие добавки в качестве кандидатов с различной функциональной группой. Эти добавки показали, что электростатический потенциал (ESP) используется для поиска наилучших акцепторов анионов, в которых трис (гексафторизопропил) борат (THFPB) обладает максимальным значением ESP из всех B-ads. Таким образом, участки с более положительным значением ESP легко образуются в нуклеофильных реакциях и могут сильно притягивать малые анионы, выступая в качестве наиболее перспективных добавок к электролитам, говорится в пресс-релизе университета Нанькай.

Результаты проведенных в последнее время в университете Нанькай экспериментов, опубликованные в журнале Science China Chemistry, показывают, как электронодефицитные свойства B-ads регулируют сольватирующие структуры электролитов и дополнительно влияют на границу раздела электрод-электролит.

«Мы разработали четыре B-модели для литий-металлических аккумуляторов (LMB) и обнаружили, что как структура соединения бора, так и размер аниона играют решающую роль в определении физико-химических свойств электролитов», - говорится в опубликованной исследователями информации. 

Китайские ученые также указали, что с помощью спектральных характеристик, а также молекулярно-динамического моделирования (МД) было подтверждено, что добавление THFPB усиливает агрегацию ионов в сольватирующей структуре, тем самым способствуя формированию прочной межфазной среды электролит-электрод, особенно для высоковольтного катода.

«Аккумуляторы Li-LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2 с тонким литиевым анодом, катодом с высокой нагрузкой и электролитом с добавлением 0,1 М ТГФПБ сохраняли 80% своей емкости после 150 циклов, демонстрируя универсальность B-ads, которые эффективно устраняют критические проблемы, связанные с энергоемкими аккумуляторными системами», - говорится в исследовании  ученых китайского университета Нанькай.