Yngenieurs oan 'e Universiteit fan Kalifornje San Diego hawwe lithium-ion-batterijen ûntwikkele dy't goed prestearje by frieze kâlde en sjitten waarme temperatueren, wylst se in protte enerzjy ynpakke.De ûndersikers hawwe dizze feat berikt troch in elektrolyt te ûntwikkeljen dy't net allinich alsidich en robúst is yn in breed temperatuerberik, mar ek kompatibel mei in hege enerzjy anode en kathode.
De temperatuerbestendige batterijenwurde beskreaun yn in papier publisearre de wike fan 4 july yn Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Sokke batterijen kinne elektryske auto's yn kâld klimaten tastean om fierder te reizgjen op ien lading;se koene ek de needsaak foar koelsystemen ferminderje om de batterijpakketten fan 'e auto's te hâlden fan oververhitting yn hjitte klimaten, sei Zheng Chen, in heechlearaar nano-engineering oan' e UC San Diego Jacobs School of Engineering en senior auteur fan 'e stúdzje.
"Jo hawwe operaasje op hege temperatueren nedich yn gebieten wêr't de omjouwingstemperatuer de trije sifers kin berikke en de diken noch waarmer wurde.Yn elektryske auto's binne de batterijpakketten typysk ûnder de flier, tichtby dizze hjitte diken, "ferklearre Chen, dy't ek in fakulteitslid is fan it UC San Diego Sustainable Power and Energy Center."Ek waarmje batterijen gewoan op fan in stroom troch te rinnen tidens wurking.As de batterijen dizze opwarming by hege temperatueren net tolerearje kinne, sille har prestaasjes gau degradearje.
Yn tests behâlden de proof-of-concept-batterijen 87,5% en 115,9% fan har enerzjykapasiteit by -40 en 50 C (-40 en 122 F), respektivelik.Se hiene ek hege Coulombic-effisjinsjes fan respektivelik 98.2% en 98.7% by dizze temperatueren, wat betsjut dat de batterijen mear lading- en ûntladingssyklusen kinne ûndergean foardat se stopje mei wurkjen.
De batterijen dy't Chen en kollega's ûntwikkele hawwe binne sawol kâld as waarmtolerant troch har elektrolyt.It is makke fan in floeibere oplossing fan dibutyl ether mingd mei in lithium sâlt.In bysûndere eigenskip oer dibutylether is dat syn molekulen swak bine oan lithium-ionen.Mei oare wurden, de elektrolytmolekulen kinne maklik lithium-ionen loslitte as de batterij rint.Dizze swakke molekulêre ynteraksje, de ûndersikers hienen ûntdutsen yn in eardere stúdzje, ferbetteret de batterijprestaasjes by temperatueren ûnder nul.Plus, dibutylether kin de waarmte maklik nimme, om't it flüssig bliuwt op hege temperatueren (it hat in siedpunt fan 141 C, of 286 F).
Stabilisearjen fan lithium-sulfur-chemie
Wat ek bysûnder is oan dizze elektrolyt is dat it kompatibel is mei in lithium-sulfurbatterij, dat is in soarte fan oplaadbare batterij dy't in anode hat makke fan lithiummetaal en in kathode makke fan swevel.Lithium-sulfur-batterijen binne in essinsjeel ûnderdiel fan batterijtechnologyen fan 'e folgjende generaasje, om't se hegere enerzjydichtheden en legere kosten belibje.Se kinne maksimaal twa kear mear enerzjy per kilogram opslaan dan de hjoeddeiske lithium-ion-batterijen - dit kin it berik fan elektryske auto's ferdûbelje sûnder in ferheging fan it gewicht fan it batterijpakket.Ek is swevel mear oerfloedich en minder problematysk foar boarne dan it kobalt dat wurdt brûkt yn tradisjonele lithium-ion-batterijkathodes.
Mar der binne problemen mei lithium-sulfur batterijen.Sawol de katode as de anode binne super reaktyf.Sulphur kathodes binne sa reaktyf dat se oplosse ûnder batterij operaasje.Dit probleem wurdt slimmer by hege temperatueren.En lithium metalen anodes binne gefoelich foar it foarmjen fan needle-like struktueren neamd dendriten dy't dielen fan 'e batterij kinne trochbrekke, wêrtroch't it koartslute.As gefolch, lithium-sulfur-batterijen duorje mar oant tsientallen syklusen.
"As jo in batterij wolle mei hege enerzjytichtens, moatte jo gewoanlik heul hurde, yngewikkelde skiekunde brûke," sei Chen."Hege enerzjy betsjut dat mear reaksjes bart, dat betsjut minder stabiliteit, mear degradaasje.It meitsjen fan in batterij mei hege enerzjy dy't stabyl is, is sels in drege taak - besykje dit te dwaan fia in breed temperatuerberik is noch mear útdaagjend.
De dibutyl ether elektrolyt ûntwikkele troch it UC San Diego team foarkomt dizze problemen, sels by hege en lege temperatueren.De batterijen dy't se testen hiene folle langer fytslibben dan in typyske lithium-sulfurbatterij."Us elektrolyt helpt te ferbetterjen sawol de kathode kant en anode kant wylst it jaan fan hege conductivity en ynterfacial stabiliteit," sei Chen.
It team konstruearre ek de swevelkathode om stabiler te wêzen troch it te ymportearjen op in polymeer.Dit foarkomt dat mear swevel oplost yn 'e elektrolyt.
Folgjende stappen omfetsje it skaalfergrutting fan 'e batterijchemie, it optimalisearjen fan it om by noch hegere temperatueren te wurkjen en it libben fan 'e syklus fierder te ferlingjen.
Papier: "Kriteria foar seleksje fan oplosmiddel foar temperatuerbestendige lithium-sulfurbatterijen."Co-auteurs binne Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal en Ping Liu, allegear by UC San Diego.
Dit wurk waard stipe troch in Early Career Faculty-subsydzje fan NASA's Space Technology Research Grants Program (ECF 80NSSC18K1512), de National Science Foundation fia it UC San Diego Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC, subsydzje DMR-2011924), en it Office of Vehicle Technologies fan it Amerikaanske ministearje fan enerzjy fia it Advanced Battery Materials Research Program (Battery500 Consortium, kontrakt DE-EE0007764).Dit wurk waard foar in part útfierd by de San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) by UC San Diego, in lid fan 'e National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, dy't wurdt stipe troch de National Science Foundation (subsydzje ECCS-1542148).
Post tiid: Aug-10-2022