Neue Studie enthüllt: glasbildende Flüssigelektrolyte als innovative Flüssigkeitskategorie für Elektrogeräte

BerlinDie Welt bewegt sich rasant in Richtung nachhaltigerer Energielösungen. Ein Forscherteam der Niigata-Universität und der Tokyo University of Science hat eine neue Art von flüssigen Elektrolyten entwickelt. Diese glasbildenden Flüssigelektrolyte besitzen Eigenschaften, die elektrochemische Geräte revolutionieren könnten. Besonders im Fokus stehen derzeit ultrakonzentrierte Elektrolytlösungen, weil sie bei Raumtemperatur flüssig bleiben, hohe Ionenleitfähigkeit aufweisen und hervorragende Metallfilme bilden. Dennoch bleibt es schwierig, ihre Funktionsweise auf molekularer Ebene zu entschlüsseln.

Forscher haben herausgefunden, dass Mischungen aus zyklischem Sulfon und Lithiumsalsz einzigartige Eigenschaften aufweisen. Diese Mischungen zeigen über ein breites Spektrum von Zusammensetzungen einen Glasübergang, ein Merkmal, das bisher bei flüssigen Elektrolyten nicht beobachtet wurde. Zu den Hauptbefunden der Studie gehören:

• Das einzigartige Glasübergangsverhalten in binären Mischungen von Lithiumsalz-1,3-Propansulton (PS) und Lithiumsalz-Sulfolan (SL).
• Raman-Spektroskopie bestätigt die Anwesenheit von Kontaktionenpaaren (CIPs) und Aggregaten (AGG).
• Zweidimensionale Korrelationsanalyse verknüpft die dielektrischen Relaxationsspektren (DRS) mit der Entstehung und dem Verhalten von AGG.

Diese Entdeckung ist äußerst bedeutsam. Die hohe Li+ Transferenzzahl in diesen Mischungen ermöglicht eine effiziente und qualitativ hochwertige Metallfilmbildung. Dies ist entscheidend für Anwendungen, die eine hohe Energiedichte und starke mechanische Eigenschaften erfordern. Mit anderen Worten, Geräte wie hochkapazitive wiederaufladbare Batterien könnten effizienter, kleiner und langlebiger werden.

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Die großen Aggregate in diesen Elektrolyten sind wesentlich für deren einzigartige Ionenleitfähigkeit. Die Untersuchung zeigt, dass diese Aggregate die Bildung von Molekülen und die Umorientierung ihrer Dipole beeinflussen. Diese neuen Erkenntnisse könnten die Entwicklung maßgeschneiderter Elektrolyte für spezielle Hochleistungsanwendungen vorantreiben und die Grenzen der aktuellen Technologie erweitern.

Angesichts der Ziele der nachhaltigen Entwicklung und Gesellschaft 5.0 besteht ein dringender Bedarf an besseren Energiespeicherlösungen. Durch die Kombination von flüssigen und festen Elektrolyten in diesen neuen Systemen können effizientere und flexiblere Speicheroptionen geschaffen werden. Diese Fortschritte könnten in verschiedenen Bereichen Anwendung finden, wie tragbare Elektronik, Elektroautos und großflächige Energiesysteme. Dieser Durchbruch stellt eine bedeutende Verbesserung der Energiespeichertechnologie dar und unterstützt den Übergang zu einer nachhaltigen Energiezukunft.