Nieuw onderzoek: unieke glasvormende vloeibare elektrolyten kunnen elektrochemische apparaten revolutioneren

AmsterdamDe wereld maakt snel voortgang richting betere en duurzamere energieoplossingen. Onderzoekers van Niigata Universiteit en de Tokyo University of Science hebben een nieuw soort vloeibare elektrolyten ontwikkeld. Deze glasvormende vloeibare elektrolyten bezitten eigenschappen die elektrochemische apparatuur aanzienlijk kunnen veranderen. Recentelijk zijn ultrageconcentreerde elektrolyt-oplossingen in het middelpunt van de belangstelling gekomen. Deze oplossingen blijven vloeibaar bij kamertemperatuur, hebben een hoge iongeleiding en vormen uitstekende metaalfilms. Het begrijpen van hun werking op moleculair niveau blijft echter een uitdaging.

Onderzoekers hebben ontdekt dat mengsels van cyclische sulfonen en lithiumzout unieke eigenschappen vertonen. Ze ondergaan een glasovergang binnen een breed scala aan samenstellingen, iets wat nog niet eerder is waargenomen bij vloeibare elektrolyten. Belangrijke bevindingen uit de studie zijn onder andere:

• De unieke glasovergang waargenomen in binaire mengsels van lithiumzout-1,3-propaansulton (PS) en lithiumzout-sulfolaan (SL).
• Raman-spectroscopie bevestigt de aanwezigheid van contactionenparen (CIPs) en aggregaten (AGG).
• Twee-dimensionale correlatieanalyse koppelt diëlektrische relaxatiespectra (DRS) aan de vorming en het gedrag van AGG.

Deze ontdekking is van groot belang. Het hoge Li+-transporteringsgetal in deze mengsels maakt efficiënte en hoogwaardige metaalfilmvorming mogelijk. Dit is cruciaal voor toepassingen die een hoge energiedichtheid en sterke mechanische eigenschappen vereisen. Met andere woorden, apparaten zoals oplaadbare batterijen met hoge capaciteit kunnen efficiënter worden, kleiner zijn, en langer meegaan.

De grote aggregaten die in deze elektrolyten worden gevonden, zijn essentieel voor hun unieke ionengeleidende eigenschappen. Het onderzoek toont aan dat deze aggregaten de vorming van moleculen en de heroriëntatie van hun dipolen beïnvloeden. Dit nieuwe inzicht kan helpen bij het ontwikkelen van op maat gemaakte elektrolyten voor specifieke hoogwaardige toepassingen, waardoor de grenzen van de huidige technologie worden verlegd.

Gelet op de doelstellingen van duurzame ontwikkeling en Society-5, is er dringend behoefte aan betere energiesystemen. Door vloeibare en vaste elektrolyten te combineren, ontstaan efficiëntere en flexibelere opslagmogelijkheden. Deze innovaties zijn inzetbaar in diverse toepassingen zoals draagbare elektronica, elektrische auto's en grootschalige energiesystemen. Deze doorbraak betekent een aanzienlijke verbetering in energieopslagtechnologie en ondersteunt de overgang naar een duurzame energietoekomst.