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Design Principles and Routes for Calcium Alkoxyaluminate Electrolytes
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 5.7 ) Pub Date : 2024-05-06 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.4c00969 Noel J. Leon 1, 2 , Stefan Ilic 2, 3 , Xiaowei Xie 2, 4, 5 , Heonjae Jeong 2, 3 , Zhenzhen Yang 1, 2 , Bingning Wang 1, 2 , Evan Walter Clark Spotte-Smith 2, 4, 5 , Charlotte Stern 6 , Nathan Hahn 2, 7 , Kevin Zavadil 2, 7 , Lei Cheng 2, 3 , Kristin A. Persson 2, 4, 5 , Justin G. Connell 2, 3 , Chen Liao 1, 2
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 5.7 ) Pub Date : 2024-05-06 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.4c00969 Noel J. Leon 1, 2 , Stefan Ilic 2, 3 , Xiaowei Xie 2, 4, 5 , Heonjae Jeong 2, 3 , Zhenzhen Yang 1, 2 , Bingning Wang 1, 2 , Evan Walter Clark Spotte-Smith 2, 4, 5 , Charlotte Stern 6 , Nathan Hahn 2, 7 , Kevin Zavadil 2, 7 , Lei Cheng 2, 3 , Kristin A. Persson 2, 4, 5 , Justin G. Connell 2, 3 , Chen Liao 1, 2
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Multivalent-ion battery technologies are increasingly attractive options for meeting diverse energy storage needs. Calcium ion batteries (CIB) are particularly appealing candidates for their earthly abundance, high theoretical volumetric energy density, and relative safety advantages. At present, only a few Ca-ion electrolyte systems are reported to reversibly plate at room temperature: for example, aluminates and borates, including Ca[TPFA]2, where [TPFA]− = [Al(OC(CF3)3)4]− and Ca[B(hfip)4]2, [B(hfip)4]2– = [B(OCH(CF3)2)4]−. Analyzing the structure of these salts reveals a common theme: the prevalent use of a weakly coordinating anion (WCA) consisting of a tetracoordinate aluminum/boron (Al/B) center with fluorinated alkoxides. Leveraging the concept of theory-aided design, we report an innovative, one-pot synthesis of two new calcium-ion electrolyte salts (Ca[Al(tftb)4]2, Ca[Al(hftb)4]2) and two reported salts (Ca[Al(hfip)4]2 and Ca[TPFA]2) where hfip = (−OCH(CF3)2), tftb = (−OC(CF3)(Me)2), hftb = (−OC(CF3)2(Me)), [TPFA]− = [Al(OC(CF3)3)4]−. We also reveal the dependence of Coulombic efficiency on their inherent propensity for cation–anion coordination.
中文翻译：
烷氧基铝酸钙电解质的设计原理和路线
多价离子电池技术成为满足多样化储能需求的越来越有吸引力的选择。钙离子电池（CIB）因其在地球上的丰富性、高理论体积能量密度和相对安全优势而成为特别有吸引力的候选者。目前，只有少数钙离子电解质体系被报道在室温下可逆镀：例如铝酸盐和硼酸盐，包括Ca[TPFA] 2，其中[TPFA] - = [Al(OC(CF 3 ) 3 ) 4 ] −和 Ca[B(hfip) 4 ] 2 , [B(hfip) 4 ] 2 – = [B(OCH(CF 3 ) 2 ) 4 ] −。分析这些盐的结构揭示了一个共同的主题：普遍使用由四配位铝/硼 (Al/B) 中心和氟化醇盐组成的弱配位阴离子 (WCA)。利用理论辅助设计的概念，我们报道了两种新型钙离子电解质盐（Ca[Al(tftb) 4 ] 2、Ca[Al(hftb) 4 ] 2 ）的创新性一锅法合成，以及两种报道的盐（Ca[Al(hfip) 4 ] 2和 Ca[TPFA] 2），其中 hfip = (−OCH(CF 3 ) 2 ), tftb = (−OC(CF 3 )(Me) 2 ), hftb = (− OC(CF 3 ) 2 (Me)), [TPFA] − = [Al(OC(CF 3 ) 3 ) 4 ] −。我们还揭示了库仑效率对其固有的阳离子-阴离子配位倾向的依赖性。
更新日期：2024-05-06
中文翻译：
烷氧基铝酸钙电解质的设计原理和路线
多价离子电池技术成为满足多样化储能需求的越来越有吸引力的选择。钙离子电池（CIB）因其在地球上的丰富性、高理论体积能量密度和相对安全优势而成为特别有吸引力的候选者。目前，只有少数钙离子电解质体系被报道在室温下可逆镀：例如铝酸盐和硼酸盐，包括Ca[TPFA] 2，其中[TPFA] - = [Al(OC(CF 3 ) 3 ) 4 ] −和 Ca[B(hfip) 4 ] 2 , [B(hfip) 4 ] 2 – = [B(OCH(CF 3 ) 2 ) 4 ] −。分析这些盐的结构揭示了一个共同的主题：普遍使用由四配位铝/硼 (Al/B) 中心和氟化醇盐组成的弱配位阴离子 (WCA)。利用理论辅助设计的概念，我们报道了两种新型钙离子电解质盐（Ca[Al(tftb) 4 ] 2、Ca[Al(hftb) 4 ] 2 ）的创新性一锅法合成，以及两种报道的盐（Ca[Al(hfip) 4 ] 2和 Ca[TPFA] 2），其中 hfip = (−OCH(CF 3 ) 2 ), tftb = (−OC(CF 3 )(Me) 2 ), hftb = (− OC(CF 3 ) 2 (Me)), [TPFA] − = [Al(OC(CF 3 ) 3 ) 4 ] −。我们还揭示了库仑效率对其固有的阳离子-阴离子配位倾向的依赖性。
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