要超过当今领先的锂一次电池一氟化碳锂 (Li−CFx) 的能量密度，需要增加氟含量 (x)，这决定了 C−F 键还原可用的理论容量。然而，高氟含量碳材料面临着电子传导性差、还原电位低（相对于Li/Li⁺<1.3 V）和/或CF键利用率低等挑战。

近日，麻省理工学院Betar M. Gallant研究了解决这些挑战的新型高氟含量氟烷基芳香族阴极电解液的分子结构设计原理。

文章要点

1）可极化共轭体系（带有烯烃连接体的芳环）充当电子受体和氧化还原引发剂，实现相邻全氟烷基链的级联脱氟（RF = -C_nF_2n+1）。合成的分子成功克服了先前研究的阴极电解液中观察到的过早失活，并实现了接近完全脱氟（高达 15/17 可用 F），产生 748 mAh g⁻¹_{fluoroalkyl-aromatic}的高重量容量和 1785 Wh kg⁻¹_{fluoroalkyl-aromatic}的能量。

2）氟烷基芳香族化合物和 CF_x 之间的电压兼容性使得能够设计出在固相和液相中均含有 CF 氧化还原活性的混合电池，并且基于电极+电解质的重量，Li-CF_x 重量能量预计将提高 35%。随着阴极结构的进一步改进，这些“液体 CF_x”类似物成为突破当今主要化学物质能量限制的有力候选者。

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Haining Gao, et al, Cascade Defluorination of Perfluoroalkylated Catholytes Unlocks High Lithium Primary Battery Capacities, Adv. Energy Mater. 2023, 2301751

DOI: 10.1002/aenm.202301751

https://doi.org/10.1002/aenm.202301751