Tha innleadairean aig Oilthigh California San Diego air bataraidhean lithium-ion a leasachadh a bhios a’ coileanadh gu math ann a bhith a’ reothadh fuachd agus a’ losgadh teothachd teth, agus aig an aon àm a’ pacadh tòrr lùth.Choilean an luchd-rannsachaidh an gnìomh seo le bhith a’ leasachadh electrolyte a tha chan ann a-mhàin sùbailte agus làidir tro raon teòthachd farsaing, ach a tha cuideachd co-chosmhail ri anod àrd lùth agus catod.
Na bataraidhean a tha seasmhach le teòthachdair am mìneachadh ann am pàipear a chaidh fhoillseachadh san t-seachdain den Iuchar 4 ann an Gnìomhan Acadamaidh Nàiseanta nan Saidheansan (PNAS).
Dh’ fhaodadh bataraidhean mar seo leigeil le carbadan dealain ann an gnàth-shìde fhuar siubhal nas fhaide air aon chosgais;dh’ fhaodadh iad cuideachd an fheum air siostaman fuarachaidh a lughdachadh gus pacaidean bataraidh nan carbadan a chumail bho bhith a’ teasachadh cus ann an gnàth-shìde theth, thuirt Zheng Chen, àrd-ollamh nano-innleadaireachd aig Sgoil Innleadaireachd UC San Diego Jacobs agus àrd-ùghdar an sgrùdaidh.
“Feumaidh tu obrachadh le teòthachd àrd ann an raointean far am faod an teòthachd àrainneachd na h-àireamhan trì-fhillte a ruighinn agus na rathaidean a’ fàs eadhon nas teotha.Ann an carbadan dealain, mar as trice tha na pacaidean bataraidh fon làr, faisg air na rathaidean teth sin, ”mhìnich Chen, a tha cuideachd na bhall dàimhe de Ionad Cumhachd is Cumhachd Seasmhach UC San Diego.“Cuideachd, bidh bataraidhean a’ blàthachadh dìreach bho bhith a ’ruith troimhe aig àm obrachaidh.Mura h-urrainn dha na bataraidhean gabhail ris a’ bhlàthachadh seo aig teòthachd àrd, thèid an coileanadh aca sìos gu sgiobalta. ”
Ann an deuchainnean, ghlèidh na bataraidhean dearbhaidh bun-bheachd 87.5% agus 115.9% den comas lùtha aca aig -40 agus 50 C (-40 agus 122 F), fa leth.Bha èifeachdas Coulombic àrd aca cuideachd de 98.2% agus 98.7% aig na teodhachd sin, fa leth, a tha a’ ciallachadh gum faod na bataraidhean a dhol tro bharrachd chuairtean cosgais is fuasglaidh mus stad iad ag obair.
Tha na bataraidhean a leasaich Chen agus a cho-obraichean an dà chuid fulangach le fuachd is teas le taing don electrolyte aca.Tha e air a dhèanamh de fhuasgladh leaghan de dibutyl ether measgaichte le salann lithium.Is e feart sònraichte mu ether dibutyl gu bheil na moileciuilean aige a’ ceangal gu lag ri ions lithium.Ann am faclan eile, faodaidh na moileciuilean electrolyte ions lithium a leigeil air falbh gu furasta fhad ‘s a bhios am bataraidh a’ ruith.Tha an eadar-obrachadh lag moileciuil seo, a bha an luchd-rannsachaidh air faighinn a-mach ann an sgrùdadh roimhe, a’ leasachadh coileanadh bataraidh aig teòthachd fo-neoni.A bharrachd air an sin, is urrainn dha dibutyl ether an teas a ghabhail gu furasta leis gu bheil e a ’fuireach leaghan aig teòthachd àrd (tha puing goil aige de 141 C, no 286 F).
A’ bunailteachadh cheimigean lithium-sulfair
Is e an rud a tha sònraichte mun electrolyte seo cuideachd gu bheil e co-chòrdail ri bataraidh lithium-sulfair, a tha na sheòrsa de bhataraidh ath-thagraidh aig a bheil anod air a dhèanamh de lithium meatailt agus catod air a dhèanamh le sulbhur.Tha bataraidhean lithium-sulfair nam pàirt riatanach de theicneòlasan bataraidh an ath ghinealach oir tha iad a’ gealltainn dùmhlachd lùtha nas àirde agus cosgaisean nas ìsle.Faodaidh iad suas ri dà uair barrachd lùth gach cileagram a stòradh na bataraidhean lithium-ion an latha an-diugh - dh'fhaodadh seo an raon de charbadan dealain a dhùblachadh gun àrdachadh sam bith ann an cuideam a 'phacaid bataraidh.Cuideachd, tha sulbhur nas pailte agus nas lugha de dhuilgheadas ri lorg na an cobalt a thathas a’ cleachdadh ann an cathodes bataraidh lithium-ion traidiseanta.
Ach tha duilgheadasan ann le bataraidhean lithium-sulfair.Tha an dà chuid an catod agus anode anabarrach reactive.Tha catodes sulfur cho reactive is gu bheil iad a’ sgaoileadh rè obrachadh bataraidh.Bidh a 'chùis seo a' fàs nas miosa aig teòthachd àrd.Agus tha anodan lithium-mheatailt buailteach a bhith a’ cruthachadh structaran coltach ri snàthad ris an canar dendrites a dh’ fhaodas pàirtean den bhataraidh a tholladh, a bheir air cuairt ghoirid.Mar thoradh air an sin, chan eil bataraidhean lithium-sulfair a 'mairsinn ach suas ri deichean de chuairtean.
“Ma tha thu ag iarraidh bataraidh le dùmhlachd lùth àrd, mar as trice feumaidh tu ceimigeachd fìor chruaidh, iom-fhillte a chleachdadh,” thuirt Chen.“Tha lùth àrd a’ ciallachadh gu bheil barrachd ath-bheachdan a ’tachairt, a’ ciallachadh nas lugha de sheasmhachd, barrachd truailleadh.Is e obair dhoirbh a th’ ann a bhith a’ dèanamh bataraidh àrd-lùth a tha seasmhach - tha e eadhon nas dùbhlanaiche feuchainn ri seo a dhèanamh tro raon teòthachd farsaing.”
Bidh an electrolyte dibutyl ether a chaidh a leasachadh le sgioba UC San Diego a ’cur casg air na cùisean sin, eadhon aig teòthachd àrd is ìosal.Bha beatha rothaireachd fada nas fhaide aig na bataraidhean a rinn iad deuchainn na bataraidh lithium-sulfair àbhaisteach.“Tha an electrolyte againn a’ cuideachadh le bhith a ’leasachadh an dà chuid taobh catode agus taobh anode fhad‘ s a tha iad a ’toirt seachad seoltachd àrd agus seasmhachd eadar-aghaidh,” thuirt Chen.
Rinn an sgioba cuideachd innleachadh air a’ chatod pronnasg gus a bhith nas seasmhaiche le bhith ga grafadh gu polymer.Tha seo a 'cur casg air barrachd sulbhur bho bhith a' sgaoileadh a-steach don electrolyte.
Tha na h-ath cheumannan a’ toirt a-steach a bhith ag àrdachadh ceimigeachd bataraidh, ga bharrachadh gus obrachadh aig teòthachd eadhon nas àirde agus a’ leudachadh beatha baidhsagal nas fhaide.
Pàipear: “Slatan-tomhais taghaidh fuasglaidh airson bataraidhean lithium-sulfair a tha seasmhach le teòthachd.”Am measg nan co-ùghdaran tha Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal agus Ping Liu, uile aig UC San Diego.
Fhuair an obair seo taic bho thabhartas Dàmh Dreuchd Tràth bho Phrògram Thabhartasan Rannsachaidh Teicneòlas Fànais NASA (ECF 80NSSC18K1512), an National Science Foundation tro Ionad Saidheans agus Innleadaireachd Rannsachaidh Stuthan UC San Diego (MRSEC, tabhartas DMR-2011924), agus Oifis na Teicneòlasan Carbaid de Roinn Cumhachd na SA tro Phrògram Sgrùdaidh Stuthan Bataraidh Adhartach (Co-bhanntachd Bataraidh500, cùmhnant DE-EE0007764).Chaidh an obair seo a dhèanamh gu ìre aig Bun-structar Nanoteicneòlais San Diego (SDNI) aig UC San Diego, ball den Bhun-structar Co-òrdanaichte Nanoteicneòlas Nàiseanta, le taic bhon National Science Foundation (tabhartas ECCS-1542148).
Ùine puist: Lùnastal-10-2022