Synthesis of Novel Fluorine-Free Salts for Battery Electrolytes
Doctoral thesis, 2019
In order to mitigate the challenges with the current fluorine containing electrolytes, a concerted effort was set out on the synthesis and evaluation of a new class of fluorine-free lithium and sodium salts based on pseudo-delocalized concept. Four different electrolyte concepts include: aqueous, solid state, water-in-bisalt (WiBS) and ionic liquid based, containing these anions were proposed for lithium-ion and sodium-ion batteries for the first time.
In this thesis, ten novel non-fluorinated lithium and sodium electrolyte salts based on pyridinium and ammonium pseudo-delocalized concept were synthesized and fully characterized by analytical methods such as NMR, mass spectroscopy and elemental analysis. Further, it was also attempted to present the applied synthetic methods for other pseudo-delocalized anions based on imidazolium and ammonium salts and highlight the challenges and limitations which persist during the synthesis processes of these salts.
solid state electrolyte
aqueous electrolyte
lithium-ion batteries (LIBs)
safer electrolyte
ionic liquid based electrolyte
water-in-bisalt (WiBS) electrolyte.
sodium-ion batteries (SIBs)
fluorine-free salt
Author
Elham Hosseini Bab Anari
Chalmers, Chemistry and Chemical Engineering, Applied Chemistry
Li-ion-batterier består av två elektroder som båda kan acceptera Li-joner och en elektrolyt som underlättar transporten av Li-joner under laddnings- och urladdningscykeln. Bland de tre komponenterna i Li-ion-batterier är elektrolyten, som innehåller ett fluorerat salt och organiskt lösningsmedel, den viktigaste källan till oro. Det förstnämnda är metastabilt vid rumstemperatur och kostsamt för syntes, är det senare är brandfarligt och giftigt. För att ha en optimerad elektrolyt kan vi därför ersätta antingen den ena eller båda elektrolytkomponenterna med säkrare alternativ.
För att mildra problemen med de nuvarande fluorinnehållande elektrolyterna, gjordes en samlad insats för syntes och utvärdering av en ny klass fluorfria salter. I min avhandling syntetiserades tio nya icke-fluorerade litium- och natriumelektrolyt-salter baserade på nya koncept och undersöktes fullständigt av olika analysmetoder. Fyra olika elektrolytkoncept, nämligen vattenhaltigt, fastfas, vatten-i-bisalt (WiBS) och jonvätskebaserat innehållandes dessa salter föreslogs som batterielektrolyter för första gången.
Subject Categories
Materials Chemistry
Other Chemical Engineering
Organic Chemistry
Infrastructure
Chalmers Materials Analysis Laboratory
Areas of Advance
Materials Science
ISBN
978-91-7905-209-6
Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 0346-718X
Publisher
Chalmers
10:an, Kemigården 4, Chalmers
Opponent: Prof. Ola Wendt, Departemant of Chemistry, Lunds University, Sweden.