超濃縮電解質在高度熱力學上是非理想的,為連續傳輸理論提供了嚴格的試驗場。迄今為止,原位可視化方法主要集中在電解質濃度的參數估計上,但一個更基礎的問題仍然存在:濃縮溶液傳輸理論本身是否有效?
為了解決上述問題,英國牛津大學Charles W. Monroe等人基于Onsager-Stefan-Maxwell理論報告了LiPF6在碳酸乙酯 (EMC) 中整個溶解范圍內溶液的熱力學和輸運性質,包括接近鹽飽和極限的超濃縮體系。
作者通過同步磁共振成像 (MRI) 和計時電位法來檢測超濃縮LiPF6:EMC響應恒電流極化和開路弛豫,同時使用獨立參數化模型模擬該實驗,該模型具有六種依賴于電解質成分的特性,可量化至飽和。
圖1. 25 °C時 EMC中LiPF6的傳輸和熱力學特性
光譜分析顯示,鹽濃度增加了離子締合和溶劑配位。電位MRI數據與預測的離子分布和過電位非常吻合,為理論提供了一個完全獨立的驗證。
超濃電解質表現出強烈的陽離子-陰離子相互作用和極端的溶質-體積效應,模擬鋰轉移的增加。該模擬允許從電池電壓數據中提取表面過電位來跟蹤鋰界面,這項研究表明電位MRI是闡明電解質傳輸現象的有力工具。
圖2. 高濃度電解質的電壓響應、恒電流極化和開路弛豫
Potentiometric MRI of a Superconcentrated Lithium Electrolyte: Testing the Irreversible Thermodynamics Approach, ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01213
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