Nowatorski ciekły elektrolit tworzący szkło wykazuje zeszklenie w szerokim zakresie

W miarę jak świat zmierza w kierunku bardziej zrównoważonej przyszłości, rozwój zaawansowanych urządzeń elektrochemicznych, takich jak akumulatory o większej gęstości energii i wydajnych możliwościach osadzania elektrolitycznego, staje się coraz bardziej kluczowy. W ostatnich latach uwagę jako nowe roztwory elektrolitów zyskały ultrastężone roztwory elektrolitów, w których sole metali rozpuszcza się w stężeniach od dwóch do trzech razy wyższych niż w jednym rozpuszczalniku, lub mieszaniny, w których sole metali są nadmiernie rozpuszczone w jednym rozpuszczalniku.

Roztwory te pozostają płynne w temperaturze pokojowej i umożliwiają wysokie przewodzenie jonów oraz wysokowydajne tworzenie wysokiej jakości powłoki metalicznej. Jednak fizykochemiczna lub termodynamiczna definicja tych cieczy pozostaje niejasna. Co więcej, identyfikacja rozpuszczonych związków i zrozumienie ich struktury, które mają kluczowe znaczenie dla ich zastosowania jako elektrolitów, jest niezwykle trudne.

Zespół badawczy z Uniwersytetu Niigata, kierowany przez prof. Yasuhiro Umebayashi i dr Jihae Han, wraz z dr Hikari Watanabe z Uniwersytetu Naukowego w Tokio, z perspektywy chemii roztworów, bada mechanizmy specyficznego przewodnictwa litowo-jonowego w litu solwatować ciecze jonowe i wysoko stężone roztwory elektrolitów. Znaleźli nowatorski ciekły elektrolit tworzący szkło, dwuskładnikową mieszaninę cyklicznego sulfonu i soli litu, która wykazuje zeszklenie w szerokim zakresie składu.

Ponadto, aby wyjaśnić wyjątkowo wysoką zawartość Li⁺ Zbadano liczbę przenoszenia w tych mieszaninach, specjację i dynamikę reorientacji dipoli, aby dostarczyć dowodów na tworzenie się agregatów wielkogabarytowych w tych mieszaninach. Ustalenia te zostały opublikowane w czasopiśmie „ Dyskusje Faradaya w dniu 10 czerwca 2024 r.

Właściwości termofizyczne zarówno mieszanin binarnych sól litu-1,3-propanesulton (PS), jak i sól litu-sulfolan (SL) wykazały, że w pewnym zakresie stężeń soli litu obserwowano jedynie zeszklenie. Spektroskopia Ramana ujawniła, że ​​jony litu występują w roztworze w postaci par jonów kontaktowych (CIP) i agregatów (AGG).

Ponadto dwuwymiarowa analiza korelacji widm Ramana i widm relaksacji dielektrycznej (DRS) z powodzeniem przypisała zaobserwowaną relaksację w DRS. Sugeruje to, że AGG generowane przy wysokim stężeniu soli litu mają dużą skalę przestrzenną i odgrywają ważną rolę w specyficznym przewodnictwie litowo-jonowym.

Aby osiągnąć Cele Zrównoważonego Rozwoju (SDGs) i cele Społeczeństwa-5, rośnie zapotrzebowanie na urządzenia do magazynowania energii nowej generacji, które mogą efektywnie magazynować energię elektryczną i są dostosowane do konkretnych zastosowań. Rozwój tych urządzeń, wykorzystujących zarówno elektrolity ciekłe, jak i stałe, stał się bardziej zaawansowany.

„Nasze badania nad elektrolitami ciekłymi wytwarzanymi ze szkła stanowią znaczący krok w kierunku wypełnienia luki pomiędzy tradycyjnymi elektrolitami ciekłymi i stałymi” – wyjaśnia profesor Yasuhiro Umebayashi, autor korespondencyjny. „Materiały te oferują wyjątkowe zalety pod względem wydajności i możliwości dostosowania do konkretnych zastosowań, torując drogę dla urządzeń magazynujących energię nowej generacji”.