غالبًا ما يصاحب تحسين كثافة الطاقة في بطاريات أيون الليثيوم- زيادة في المخاطر المتعلقة بالسلامة. يعتمد نظام الإلكتروليت السائد الحالي على مذيبات الكربونات، التي لها نقاط وميض منخفضة وقابلة للاشتعال ومتطايرة. في ظل ظروف سوء الاستخدام مثل الشحن الزائد أو قصر الدائرة الكهربائية أو ارتفاع درجة الحرارة، تكون عرضة بشدة للتسبب في الانفلات الحراري، مما يؤدي إلى حرائق البطاريات أو حتى الانفجارات، مما يشكل مخاطر خطيرة على السلامة. عند درجات حرارة العمل أعلى من 50 درجة، سوف تتسارع التفاعلات الجانبية بين القطب الكهربائي والكهارل بشكل حاد، مما يؤدي إلى تدهور سريع في قدرة البطارية والحد من تطبيقها الموثوق به في نطاقات درجات حرارة واسعة. تعتبر مذيبات إستر الفوسفات المثبطة للهب - بديلاً مثاليًا لمذيبات الكربونات. ومع ذلك، فإن المشكلة- الطويلة الأمد المتمثلة في عدم التوافق مع أنودات الجرافيت أعاقت تسويقها: في تركيزات الملح التقليدية أو المنخفضة-، لا يمكن لإستر الفوسفات أن تشكل واجهة إلكتروليت صلبة مستقرة (SEI) على سطح أنودات الجرافيت، وسيتم دمج الإلكتروليت-في طبقات الجرافيت البينية مع أيونات الليثيوم، مما يتسبب في تحلل مستمر وتغيرات هيكلية الضرر.
في الوقت الحالي، قام فريق بتصنيع نوع جديد مبتكر من مذيب إستر حمض الفوسفوريك المفلور ذو الحلقات الستة، والذي يُسمى 2-(2,2,2-ثلاثي فلوروإيثوكسي)-1,3,2-ديوكسافوسفورينان-2-أكسيد (HTP). بالمقارنة مع إستر حامض الفوسفوريك الحلقي - التقليدي ذو الأعضاء الخمسة، فإن بنية الحلقة المكونة من ستة - من HTP تتميز بتوتر حلقة أقل، مما يعزز بشكل كبير الاستقرار الحراري والاستقرار الكيميائي للجزيء من منظور ديناميكي حراري، ويمنع التفاعلات الجانبية مثل تحلل فتح الحلقة. بناءً على ذلك، اختار الفريق ثلاثي (2،2،2-ثلاثي فلورو إيثيل) الفوسفات (TFEP) كمذيب مشارك ومنسق مع ملح الليثيوم ثنائي (فلوروسلفونيل) إيميد (LiFSI)، ونجح في إنشاء نظام إلكتروليت منخفض التركيز بالكامل لإستر حمض الفوسفوريك مع تركيز ملح الليثيوم يبلغ 1.2 مولار فقط. تكمن الميزة الأساسية لهذا المنحل بالكهرباء في أنه من خلال التفاعلات الفريدة بين المذيبات، فإنه ينظم بنية ذوبان أيونات الليثيوم، وبالتالي يحفز تكوين فيلم SEI مستقر وكثيف على أنود الجرافيت، والتغلب على مشكلة التوافق.
يعتمد هذا العمل على نوع جديد من مذيب إستر حمض الفوسفوريك السداسي الحلقي (HTP)، وتم بنجاح إنشاء-كل-إلكتروليت حمض الفوسفوريك منخفض التركيز. هذا المنحل بالكهرباء، مع نافذته الكهروكيميائية الواسعة، ونقطة الوميض العالية للغاية وتثبيط اللهب الممتاز، يمكّن بطارية الجرافيت 4.5 فولت||NMC811 من العمل بثبات عند درجة حرارة تصل إلى 100 درجة، ويجتاز اختبارات أمان صارمة مثل الثقب، ويخترق عنق الزجاجة حيث يصعب موازنة الإلكتروليتات التقليدية بين الأمان العالي والجهد العالي وأداء درجة الحرارة العالية.
