San Diegoko Kaliforniako Unibertsitateko ingeniariek litio-ioizko bateriak garatu dituzte, hotz eta bero beroetan ondo funtzionatzen dutenak, energia asko biltzen duten bitartean.Ikertzaileek balentria hau lortu zuten, tenperatura-tarte zabalean aldakorra eta sendoa ez ezik, energia handiko anodo eta katodo batekin bateragarria den elektrolito bat garatuz.
Tenperaturari erresistenteak diren bateriakProceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) aldizkarian uztailaren 4ko astean argitaratutako artikulu batean deskribatzen dira.
Horrelako bateriak klima hotzetan ibilgailu elektrikoei karga bakarrean urrutirago bidaiatzea ahalbidetu diezaieke;klima beroetan ibilgailuen bateria-paketeak gehiegi berotu ez daitezen hozte sistemen beharra ere murriztu dezakete, esan zuen Zheng Chen, UC San Diego Jacobs Ingeniaritza Eskolako nanoingeniaritza irakasleak eta ikerketaren egile nagusiak.
“Tenperatura altuko funtzionamendua behar duzu giro-tenperatura zifra hirukoitzak irits daitezkeen eta errepideak are beroagoak egiten diren tokietan.Ibilgailu elektrikoetan, bateria-paketeak lur azpian egoten dira normalean, errepide bero horietatik gertu ", azaldu du Chenek, UC San Diego Sustainable Power and Energy Centerreko irakaslea ere bada."Gainera, bateriak berotzen dira funtzionamenduan zehar korronte bat igarotzeagatik.Bateriek ezin badute berotze hori jasan tenperatura altuan, haien errendimendua azkar hondatuko da".
Probetan, froga-kontzeptuaren pilek beren energia-ahalmenaren % 87,5 eta % 115,9 mantendu zuten -40 eta 50 C-tan (-40 eta 122 F), hurrenez hurren.Tenperatura horietan %98,2 eta %98,7ko Coulombic eraginkortasun handiak ere izan zituzten, hurrenez hurren, eta horrek esan nahi du bateriak karga- eta deskarga-ziklo gehiago jasan ditzakete funtzionatzeari utzi aurretik.
Chen-ek eta lankideek garatu zituzten bateriak hotza eta beroarekiko jasaten dute elektrolitoari esker.Litio gatz batekin nahasturiko dibutileter disoluzio likido batez egina dago.Dibutil eterraren ezaugarri berezi bat bere molekulak litio ioiekin ahul lotzen direla da.Beste era batera esanda, elektrolito molekulek erraz askatu ditzakete litio ioiak bateria martxan dagoen bitartean.Interakzio molekular ahul honek, ikertzaileek aurreko ikerketa batean aurkitu zuten, bateriaren errendimendua hobetzen du zero azpiko tenperaturan.Gainera, dibutil eterrek beroa erraz har dezake tenperatura altuetan likido geratzen delako (141 C edo 286 F irakite puntua du).
Litio-sufrearen kimika egonkortzea
Elektrolito honek duen berezitasuna da litio-sufrezko bateriarekin bateragarria dela, hau da, litio metalezko anodoa eta sufrez egindako katodoa dituen bateria kargagarri mota bat da.Litio-sufrezko bateriak hurrengo belaunaldiko baterien teknologien funtsezko osagaiak dira, energia-dentsitate handiagoak eta kostu txikiagoak agintzen dituztelako.Gaur egungo litio-ioizko pilek baino bi aldiz energia gehiago gorde dezakete kilogramo bakoitzeko; horrek ibilgailu elektrikoen autonomia bikoiztu dezake bateria-paketearen pisua handitu gabe.Gainera, sufrea ugariagoa da eta iturrirako arazo gutxiago litio-ioizko bateria katodo tradizionaletan erabiltzen den kobaltoa baino.
Baina arazoak daude litio-sufrezko pilekin.Katodoa eta anodoa oso erreaktiboak dira.Sufre-katodoak hain dira erreaktiboak, non disolbatzen baitira bateriaren funtzionamenduan.Arazo hau larriagotu egiten da tenperatura altuetan.Eta litio metaliko anodoek bateriaren zatiak zula ditzaketen dendrita izeneko orratz-itxurako egiturak eratzeko joera dute, zirkuitulaburra eraginez.Ondorioz, litio-sufrezko bateriek hamarnaka ziklo baino ez dituzte irauten.
"Energia-dentsitate handiko bateria bat nahi baduzu, normalean kimika oso gogorra eta konplikatua erabili behar duzu", esan zuen Chen-ek.“Energia altuak esan nahi du erreakzio gehiago gertatzen ari direla, eta horrek egonkortasun gutxiago, degradazio gehiago esan nahi du.Egonkorra den energia handiko bateria bat egitea lan zaila da; hori tenperatura-tarte zabal baten bidez egiten saiatzea are zailagoa da".
UC San Diego taldeak garatutako dibutil eter elektrolitoak arazo hauek saihesten ditu, baita tenperatura altuetan eta baxuetan ere.Probatu zuten bateriak txirrindularitza-bizitza askoz luzeagoa zuten litio-sufrezko bateria tipiko batek baino."Gure elektrolitoak katodoaren aldea eta anodoa hobetzen laguntzen du, eroankortasun handia eta interfazearen egonkortasuna eskaintzen dituen bitartean", esan zuen Chen-ek.
Taldeak sufre-katodoa ere egonkorrago izateko diseinatu zuen polimero batean txertatuz.Honek sufre gehiago elektrolitoan disolbatzea eragozten du.
Hurrengo urratsak bateriaren kimika handitzea, are tenperatura altuagoetan funtziona dezan optimizatzea eta zikloaren bizitza gehiago luzatzea da.
Ponentzia: "Litio-sufrezko baterien tenperatura erresilienteen disolbatzaileak aukeratzeko irizpideak".Egileen artean Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal eta Ping Liu daude, guztiak UC San Diegon.
Lan hau NASAren Space Technology Research Grants Programaren (ECF 80NSSC18K1512), National Science Foundation-ek UC San Diego Materials Research Science and Engineering Center-en bidez (MRSEC, beka DMR-2011924) eta Bulegoaren laguntza izan zen. AEBetako Energia Sailaren Ibilgailuen Teknologiak Baterien Materialen Ikerketa Programa Aurreratuaren bidez (Battery500 Partzuergoa, DE-EE0007764 kontratua).Lan hau UC San Diegoko San Diego Nanoteknologiaren Azpiegituran (SDNI) egin zen, National Nanotechnology Coordinated Infrastructure-ko kidea, Zientzia Fundazio Nazionalak (beka ECCS-1542148) laguntzen duena.
Argitalpenaren ordua: 2022-08-10