Inĝenieroj ĉe la Universitato de Kalifornio en San-Diego evoluigis litijonajn bateriojn, kiuj funkcias bone ĉe malvarmaj kaj brule varmaj temperaturoj, dum pakas multe da energio.La esploristoj realigis ĉi tiun heroaĵon disvolvante elektroliton kiu estas ne nur multflanka kaj fortika tra larĝa temperaturo, sed ankaŭ kongrua kun alta energia anodo kaj katodo.
La temperaturo-rezistemaj kuirilarojestas priskribitaj en artikolo publikigita la semajnon de julio 4 en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Tiaj baterioj povus permesi al elektraj veturiloj en malvarmaj klimatoj vojaĝi pli malproksimen per ununura ŝargo;ili ankaŭ povus redukti la bezonon de malvarmigosistemoj por malhelpi la bateriojn de la veturiloj trovarmiĝi en varmaj klimatoj, diris Zheng Chen, profesoro pri nanoinĝenierado ĉe la UC San Diego Jacobs School of Engineering kaj altranga aŭtoro de la studo.
"Vi bezonas alttemperaturan operacion en lokoj kie la ĉirkaŭa temperaturo povas atingi la trioblajn ciferojn kaj la vojoj fariĝas eĉ pli varmaj.En elektraj veturiloj, la kuirilaroj estas tipe sub la planko, proksime al ĉi tiuj varmaj vojoj,” klarigis Chen, kiu ankaŭ estas fakultatano de la UC San Diego Sustainable Power and Energy Center."Ankaŭ, kuirilaroj varmiĝas nur pro kurento dum operacio.Se la kuirilaroj ne povas toleri ĉi tiun varmigon ĉe alta temperaturo, ilia efikeco rapide malboniĝos."
En testoj, la pruvo-de-konceptaj baterioj retenis 87.5% kaj 115.9% de sia energikapacito je -40 kaj 50 C (-40 kaj 122 F), respektive.Ili ankaŭ havis altajn Coulombic-efikecojn de 98.2% kaj 98.7% ĉe ĉi tiuj temperaturoj, respektive, kio signifas, ke la kuirilaroj povas sperti pli da ŝargaj kaj malŝarĝaj cikloj antaŭ ol ili ĉesas funkcii.
La kuirilaroj, kiujn Chen kaj kolegoj evoluigis, estas kaj malvarmaj kaj varmegaj toleremaj danke al sia elektrolito.Ĝi estas farita el likva solvaĵo de dibutiletero miksita kun litia salo.Speciala trajto pri dibutiletero estas, ke ĝiaj molekuloj malforte ligas al litiojonoj.Alivorte, la elektrolitmolekuloj povas facile ellasi litiajn jonojn dum la baterio funkcias.Ĉi tiu malforta molekula interago, la esploristoj malkovris en antaŭa studo, plibonigas baterian rendimenton ĉe sub-nulaj temperaturoj.Krome, dibutiletero povas facile preni la varmon ĉar ĝi restas likva ĉe altaj temperaturoj (ĝi havas bolpunkton de 141 C, aŭ 286 F).
Stabiligaj litio-sulfuraj kemioj
Kio estas ankaŭ speciala pri ĉi tiu elektrolito estas, ke ĝi estas kongrua kun litio-sulfura baterio, kiu estas speco de reŝargebla baterio, kiu havas anodon el litia metalo kaj katodon el sulfuro.Litio-sulfuraj kuirilaroj estas esenca parto de venontgeneraciaj baterioteknologioj ĉar ili promesas pli altajn energidensecojn kaj pli malaltajn kostojn.Ili povas stoki ĝis duoble pli da energio por kilogramo ol la nuntempaj litiojonaj baterioj — tio povus duobligi la gamon de elektraj veturiloj sen ia pliiĝo en la pezo de la baterio.Ankaŭ, sulfuro estas pli abunda kaj malpli problema al fonto ol la kobalto uzita en tradiciaj litiojonaj bateriokatodoj.
Sed estas problemoj kun litio-sulfuraj kuirilaroj.Kaj la katodo kaj anodo estas superreaktivaj.Sulfurkatodoj estas tiel reaktivaj ke ili dissolviĝas dum kuirilaro.Ĉi tiu problemo plimalboniĝas ĉe altaj temperaturoj.Kaj litiaj metalaj anodoj emas formi pinglo-similajn strukturojn nomitajn dendritoj, kiuj povas trapiki partojn de la baterio, kaŭzante ĝin mallongigi.Kiel rezulto, litio-sulfuraj kuirilaroj nur daŭras ĝis dekoj da cikloj.
"Se vi volas kuirilaron kun alta energia denseco, vi kutime bezonas uzi tre severan, komplikan kemion," diris Chen."Alta energio signifas ke pli da reagoj okazas, kio signifas malpli da stabileco, pli da degenero.Fari alt-energian baterion kiu estas stabila estas malfacila tasko mem - provi fari tion tra larĝa temperatura gamo estas eĉ pli defia."
La dibutiletera elektrolito evoluigita de la teamo de UC San Diego malhelpas ĉi tiujn problemojn, eĉ ĉe altaj kaj malaltaj temperaturoj.La kuirilaroj, kiujn ili testis, havis multe pli longajn biciklajn vivojn ol tipa litio-sulfura baterio."Nia elektrolito helpas plibonigi kaj la katodan flankon kaj la anodan flankon dum ĝi provizas altan konduktivecon kaj interfacan stabilecon," diris Chen.
La teamo ankaŭ realigis la sulfurkatodon por esti pli stabila greftante ĝin al polimero.Ĉi tio malhelpas pli da sulfuro dissolviĝi en la elektroliton.
La sekvaj paŝoj inkluzivas pligrandigi la kemion de la bateria, optimumigi ĝin por funkcii ĉe eĉ pli altaj temperaturoj kaj plilongigi la ciklan vivon.
Papero: "Solventaj elektokriterioj por temperatur-rezistemaj litio-sulfuraj baterioj."Kunaŭtoroj inkludas Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal kaj Ping Liu, ĉio ĉe UC San Diego.
Ĉi tiu laboro estis subtenata de Early Career Faculty-stipendio de la Space Technology Research Grants Program de NASA (ECF 80NSSC18K1512), la Nacia Scienca Fondaĵo tra la UC San Diego Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC, subvencio DMR-2011924), kaj la Oficejo de Veturilaj Teknologioj de la Usona Sekcio de Energio tra la Advanced Battery Materials Research Program (Battery500 Consortium, kontrakto DE-EE0007764).Ĉi tiu laboro estis farita delvis ĉe la San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) ĉe UC San Diego, membro de la National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, kiu estas subtenata de la Nacia Scienca Fonduso (subvencio ECCS-1542148).
Afiŝtempo: Aŭg-10-2022