Li/CFх элементтерінің төмен температурадағы электрохимиялық қасиеттері: электролит құрамының рөлін зерттеу
Қаралымдар: 1847 / PDF жүктеулері: 50
DOI:
https://doi.org/10.32523/3107-278X-2025-153-4-11-19Кілт сөздер:
Li/CFₓ элементтері, электролит құрамы, импеданстық спектроскопия, төмен температура, разрядтық сыйымдылықАңдатпа
Бастапқы литий-көміртекті фторид (Li/CFₓ) элементтері жоғары теориялық энергия тығыздығы, ұзақ сақтау мерзімі және төмен өздігінен разрядталуының арқасында аэроғарыш, медицина және қорғаныс салаларында кеңінен қолданылады. Алайда төмен температурада олардың жұмыс істеу тиімділігі литий иондарының қозғалысының төмендеуі мен интерфейстік кедергінің артуына байланысты айтарлықтай нашарлайды. Бұл жұмыста –20 °C температурада Li/CFₓ элементтерінің электролит құрамы иондық өткізгіштікке және разряд сипаттамаларына әсері зерттелді. Электролиттердің құрамында LiDFOB, LiBF₄, LiPF₆ және LiClO₄ тұздары әртүрлі еріткіштерде (PC:DME, FEC:DME және PC:DME:EA) қолданылды, кейбір құрамдар FEC және LiNO₃ қоспаларымен толықтырылды. Импеданстық спектроскопия әдісі бойынша тек екі тұздан тұратын жүйелер мен кейбір қоспалар ғана –20 °C-та 5 мСм/см-ден жоғары өткізгіштік көрсететіні анықталды. Ең жақсы нәтиже 0.4 M LiDFOB + 0.6 M LiBF₄ in PC:DME құрамында тіркелді, оның разрядтық меншікті сыйымдылығы ~220–230 мА·сағ/г болды. Бұл зерттеу нәтижелері ғылыми әдебиеттермен сәйкес келеді және төмен температурада жұмыс істейтін Li/CFₓ негізіндегі батареялар үшін электролит құрамын оңтайландырудың маңыздылығын көрсетеді.
Downloads
Әдебиеттер тізімі
Chen, Z., Wang, H., Jiang, J., & Li, Q. (2023). SEI-modifying additives for enhanced low-temperature performance of Li/CFₓ primary batteries. Journal of Power Sources, 554, 232185. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2022.232185
Dose, W. M., & Donne, S. W. (2014). Optimising heat treatment environment and atmosphere of electrolytic manganese dioxide for primary Li/MnO₂ batteries. Journal of Power Sources, 247, 852–857. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.08.142
Ge, W., Mao, H., Ling, Y., Min, F., Chen, J., Liu, L., Zhang, Y., & Song, S. (2023). Insight into the adsorption mechanism between chitosan and kaolinite surface by density functional theory calculation. Chemical Physics, 575, 112069. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2023.112069
Hagiwara, R., Yokoyama, C., & Ito, Y. (1980). Electrochemical reaction of graphite fluoride in nonaqueous lithium cell. Electrochimica Acta, 25(5), 579–585. https://doi.org/10.1016/0013-4686(80)85072-2
Kim, J., Lee, J., & Park, Y. (2021). Performance improvement of primary Li/CFₓ batteries by optimizing the composition of electrolyte additives. Electrochimica Acta, 380, 138202. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.138202
Kulova, T. L., & Skundin, A. M. (2020). A critical review of electrode materials and electrolytes for low temperature lithium ion batteries. International Journal of Electrochemical Science, 15(9), 8638–8661. https://doi.org/10.20964/2020.09.50
Lee, D., Cho, M., Kim, J., & Lee, H. (2022). High-power Li/CFₓ battery enabled by BF₃-based electrolyte additive. Energy Storage Materials, 45, 189–197. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.03.024
Li, Q., Xue, W., Sun, X., Yu, X., Li, H., & Chen, L. (2021). Gaseous electrolyte additive BF₃ for high-power Li/CFₓ primary batteries. Energy Storage Materials, 38, 482–488. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.03.024
Lin, Y., Zhang, R., & Xu, K. (2021). Electrolyte design for low temperature lithium ion batteries. Energy Storage Materials, 36, 339–355. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.01.015
Liu, Y., Zhang, R., Wang, J., & Wang, Y. (2022). Design principles for low-temperature electrolytes in lithium batteries. Energy Storage Materials, 50, 133–147. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.06.003
Liang, H.-J., Su, M.-Y., Zhao, X.-X., Gu, Z.-Y., Yang, J.-L., Guo, W., Liu, Z.-M., Zhang, J.-P., & Wu, X.-L. (2023). Weakly solvating electrolytes enable ultralow-temperature (−80°C) and high-power CFₓ/Li primary batteries. Science China Chemistry, 66(7), 1982–1988. https://doi.org/10.1007/s11426-023-1638-0
Li, Z., Han, L., Kan, Y., Liao, C., & Hu, Y. (2024). Diphenylphosphoryl azide as a multifunctional flame-retardant electrolyte additive for lithium-ion batteries. Batteries, 10(4), 117. https://doi.org/10.3390/batteries10040117
Nagasubramanian, G., & Di Stefano, S. (2007). BF₃-based electrolyte additives to improve high rate capability of lithium batteries. Journal of Power Sources, 168(1), 123–130. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.10.037
Park, J., Lee, H., & Kim, M. (2021). Synergistic effect of dual lithium salts on the interfacial stability and performance of primary Li/CFₓ cells. Journal of Materials Chemistry A, 9(4), 2025–2033. https://doi.org/10.1039/D0TA09988F
Shen, X., Shen, D., Zhu, J., & Duan, X. (2025). Erecting stable lithium metal batteries: A comprehensive review and future prospects. Advanced Functional Materials, 2504990. https://doi.org/10.1002/adfm.202504990
Smith, A. M., & Grey, C. P. (2015). Stabilization of lithium metal anodes using electrolyte additives. Journal of The Electrochemical Society, 162(10), A2026–A2031. https://doi.org/10.1149/2.0351510jes
Tan, S., Shadike, Z., Cai, X., Lin, R., Kludze, A., Borodin, O., Lucht, B. L., Wang, C., Hu, E., Xu, K., & Yang, X. Q. (2023). Review on low temperature electrolytes for lithium ion and lithium metal batteries. Electrochemical Energy Reviews, 6, 35. https://doi.org/10.1007/s41918-023-00199-1
Wang, H., Xu, K., & Chen, X. (2019). SEI formation and ionic conductivity in low-temperature electrolytes for lithium batteries. Electrochemistry Communications, 108, 106567. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2019.106567
Wang, L., Zhao, Z., Zhang, M., & Wu, J. (2019). Fluorinated nanographite as a cathode material for lithium primary batteries. ChemElectroChem, 6(15), 3816–3822. https://doi.org/10.1002/celc.201900614
Xu, K. (2004). Nonaqueous liquid electrolytes for lithium-based rechargeable batteries. Chemical Reviews, 104(10), 4303–4417. https://doi.org/10.1021/cr030203g
Xue, W., Qin, T., Li, Q., Zan, M., Yu, X., & Li, H. (2022). Exploiting the synergistic effects of multiple components with a uniform design method for developing low-temperature electrolytes. Energy Storage Materials, 50, 598–605. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.06.003
Yin, Y., Holoubek, J., Liu, A., Sayahpour, B., Raghavendran, G., Cai, G., Han, B., Mayer, M., Schorr, N. B., Lambert, T. N., Harrison, K. L., Li, W., Chen, Z., & Meng, Y. S. (2022). Ultra-low temperature Li/CFₓ batteries enabled by fast-transport and anion-pairing liquefied gas electrolytes. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2209.02409
Zhang, Y., Li, C., Yang, Y., & Xu, K. (2022). Low-temperature performance of lithium primary batteries: Materials and electrolyte strategies. Energy Storage Materials, 50, 230–243. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.06.021
Zeng, L., Qiu, L., & Cheng, H. M. (2019). Towards the practical use of flexible lithium ion batteries. Energy Storage Materials, 23, 434–438. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.04.019
Zhang, S., Foster, D., & Read, J. (2009). A low temperature electrolyte for primary Li/CFₓ batteries. Journal of Power Sources, 188(2), 532–537. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2008.12.030
Zhang, X., Qiao, Y., Wu, C., & Li, H. (2023). Fluoroethylene carbonate as a multifunctional additive in lithium battery electrolytes. Batteries, 9(1), 78. https://doi.org/10.3390/batteries9010078
Zhang, Y., Jiang, J., Zhang, L., Tang, C., Tong, Z., Wang, X., Chen, Z., Li, M., & Zhuang, Q. (2023). BF₃-based electrolyte additives promote electrochemical reactions to boost the energy density of Li/CFₓ primary batteries. Electrochimica Acta, 470, 143311. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.143311
Жүктеулер
Жарияланды
Журналдың саны
Бөлім
Лицензия
Авторлық құқық (c) 2025 A. Abdrakhmanova, N. Omarova, A. Sabitova, B. Kuderina (Author)
Бұл жұмыс Creative Commons Attribution-Коммерциялық емес 4.0 халықаралық лицензиясы.
