D'Ingenieuren vun der University of California San Diego hunn Lithium-Ion Batterien entwéckelt, déi gutt bei gefruerene kale a brenne waarme Temperaturen funktionnéieren, wärend vill Energie packen.D'Fuerscher hunn dëse Feat erreecht andeems en Elektrolyt entwéckelt huet, deen net nëmme villsäiteg a robust ass duerch eng breet Temperaturberäich, awer och kompatibel mat enger héijer Energieanode a Kathode.
D'Temperatur-resistent géint Batterienginn an engem Pabeier beschriwwen, deen d'Woch vum 4. Juli am Proceedings vun der National Academy of Sciences (PNAS) publizéiert gouf.
Esou Akkuen kéinten elektresch Gefierer a kale Klima op enger eenzeger Ladung méi wäit reesen;si kéinten och d'Noutwendegkeet fir Killsystemer reduzéieren fir d'Batteriepäck vun de Gefierer ze iwwerhëtzen a waarme Klimawandel ze halen, sot den Zheng Chen, Professer fir Nano-Engineering an der UC San Diego Jacobs School of Engineering a Senior Autor vun der Studie.
"Dir braucht Héichtemperaturoperatioun a Beräicher wou d'Temperatur vun der Ëmgéigend déi dräi Zifferen erreechen kann an d'Stroosse nach méi waarm ginn.An elektresche Gefierer sinn d'Batteriepäck typesch ënner dem Buedem, no bei dëse waarme Stroossen, "erkläert Chen, deen och e Fakultéitsmember vum UC San Diego Sustainable Power and Energy Center ass."Och d'Batterien erwiermen just vu Stroum duerch während der Operatioun.Wann d'Batterien dës Erwiermung bei héijer Temperatur net toleréiere kënnen, wäert hir Leeschtung séier degradéieren.
An Tester hunn d'Beweis-vun-Konzept Batterien 87,5% an 115,9% vun hirer Energiekapazitéit bei -40 an 50 C (-40 an 122 F) behalen.Si haten och héich Coulombic Effizienz vun 98,2% an 98,7% bei dësen Temperaturen, respektiv, wat heescht datt d'Batterien méi Lade- an Entladungszyklen erliewen ier se ophalen ze schaffen.
D'Batterien, déi Chen a seng Kollegen entwéckelt hunn, si souwuel kal an Hëtzt tolerant dank hirem Elektrolyt.Et ass aus enger flësseger Léisung vun Dibutylether gemëscht mat engem Lithiumsalz.Eng speziell Feature iwwer Dibutylether ass datt seng Moleküle schwaach u Lithiumionen binden.An anere Wierder, d'Elektrolytmoleküle kënnen d'Lithium-Ionen einfach lassloossen wéi d'Batterie leeft.Dës schwaach molekulare Interaktioun, déi d'Fuerscher an enger fréierer Etude entdeckt hunn, verbessert d'Batterieleistung bei Temperaturen ënner Null.Plus, Dibutylether kann d'Hëtzt einfach huelen, well et bei héijen Temperaturen flësseg bleift (et huet e Kachpunkt vun 141 C oder 286 F).
Stabiliséieren Lithium-Schwefel Chemie
Wat och speziell un dësem Elektrolyt ass, ass datt et mat enger Lithium-Schwefel Batterie kompatibel ass, wat eng Zort nofëllbar Batterie ass, déi eng Anode aus Lithiummetall an eng Kathode aus Schwefel huet.Lithium-Schwefel Akkuen sinn e wesentleche Bestanddeel vun der nächster Generatioun Batterie Technologien well se méi héich Energie Dicht a manner Käschten verspriechen.Si kënne bis zu zweemol méi Energie pro Kilogramm späicheren wéi déi haut Lithium-Ion Batterien - dëst kéint d'Gamme vun elektresche Gefierer verduebelen ouni datt d'Gewiicht vum Batteriepack eropgeet.Och Schwefel ass méi reichend a manner problematesch fir d'Quell wéi de Kobalt, deen an traditionelle Lithium-Ion Batteriekatoden benotzt gëtt.
Mä et gi Problemer mat Lithium-Schwefel Batterien.Souwuel d'Kathode wéi d'Anode si super reaktiv.Schwefelkathoden si sou reaktiv datt se während der Batteriebetrieb opléisen.Dëse Problem verschlechtert sech bei héijen Temperaturen.A Lithium-Metallanode sinn ufälleg fir Nadelähnlech Strukturen ze bilden, genannt Dendriten, déi Deeler vun der Batterie duerchbriechen kënnen, sou datt se kuerzschlësselen.Als Resultat daueren Lithium-Schwefel Batterien nëmme bis zu Zénger Zyklen.
"Wann Dir eng Batterie mat héijer Energiedicht wëllt, musst Dir normalerweis ganz haart, komplizéiert Chimie benotzen," sot Chen."Héich Energie bedeit datt méi Reaktiounen geschéien, dat heescht manner Stabilitéit, méi Degradatioun.Eng héich-Energie Batterie ze maachen déi stabil ass eng schwiereg Aufgab selwer - dëst ze probéieren duerch e breet Temperaturbereich ze maachen ass nach méi Erausfuerderung.
Den Dibutylether Elektrolyt entwéckelt vum UC San Diego Team verhënnert dës Themen, och bei héijen an niddregen Temperaturen.D'Batterien, déi se getest hunn, haten vill méi laang Vëlosliewen wéi eng typesch Lithium-Schwefel Batterie."Eis Elektrolyt hëlleft souwuel d'Kathode Säit an d'Anode Säit ze verbesseren, wärend eng héich Konduktivitéit an d'Interfacial Stabilitéit ubitt", sot Chen.
D'Team huet och d'Schwefelkathode konstruéiert fir méi stabil ze sinn andeems se se op e Polymer graft.Dëst verhënnert datt méi Schwefel sech an den Elektrolyt opléist.
Nächst Schrëtt enthalen d'Skaléierung vun der Batteriechemie, d'Optimisatioun fir se bei nach méi héijen Temperaturen ze schaffen an d'Zyklusliewen weider ze verlängeren.
Pabeier: "Léisungsmëttel Selektiounskriterien fir Temperaturresistenz Lithium-Schwefel Batterien."Co-Auteuren enthalen Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal a Ping Liu, all op UC San Diego.
Dës Aarbecht gouf ënnerstëtzt vun engem Early Career Fakultéit Subventioun vum NASA Space Technology Research Grants Program (ECF 80NSSC18K1512), der National Science Foundation duerch den UC San Diego Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC, Grant DMR-2011924), an dem Office of Vehicle Technologies vum US Department of Energy duerch de Advanced Battery Materials Research Program (Battery500 Consortium, Kontrakt DE-EE0007764).Dës Aarbecht gouf deelweis an der San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) bei UC San Diego gemaach, e Member vun der National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, déi vun der National Science Foundation ënnerstëtzt gëtt (Subventioun ECCS-1542148).
Post Zäit: Aug-10-2022