Inġiniera fl-Università ta 'Kalifornja San Diego żviluppaw batteriji tal-jone tal-litju li jaħdmu tajjeb f'temperaturi kesħin iffriżati u sħan tixwit, filwaqt li jippakkjaw ħafna enerġija.Ir-riċerkaturi wettqu din il-proeza billi żviluppaw elettrolit li mhux biss huwa versatili u robust tul firxa wiesgħa ta 'temperatura, iżda wkoll kompatibbli ma' anodu u katodu ta 'enerġija għolja.
Il-batteriji reżistenti għat-temperaturahuma deskritti f'dokument ippubblikat fil-ġimgħa ta 'Lulju 4 fil-Proċedimenti tal-Akkademja Nazzjonali tax-Xjenzi (PNAS).
Batteriji bħal dawn jistgħu jippermettu li vetturi elettriċi fi klimi kesħin jivvjaġġaw aktar 'il bogħod b'ċarġ wieħed;jistgħu wkoll inaqqsu l-ħtieġa għal sistemi ta 'tkessiħ biex iżommu l-pakketti tal-batteriji tal-vetturi milli jisħnu żżejjed fi klimi sħan, qal Zheng Chen, professur tan-nanoinġinerija fl-Iskola tal-Inġinerija UC San Diego Jacobs u awtur anzjan tal-istudju.
“Għandek bżonn tħaddim f’temperatura għolja f’żoni fejn it-temperatura ambjentali tista’ tilħaq iċ-ċifri triplu u t-toroq isiru saħansitra aktar sħan.Fil-vetturi elettriċi, il-pakketti tal-batteriji huma tipikament taħt l-art, qrib dawn it-toroq sħan,” spjega Chen, li huwa wkoll membru tal-fakultà taċ-Ċentru tal-Enerġija u l-Enerġija Sostenibbli tal-UC San Diego.“Ukoll, il-batteriji jisħnu biss billi jgħaddu kurrent matul it-tħaddim.Jekk il-batteriji ma jistgħux jittolleraw dan it-tisħin f'temperatura għolja, il-prestazzjoni tagħhom se tiddegrada malajr."
Fit-testijiet, il-batteriji tal-prova tal-kunċett żammew 87.5% u 115.9% tal-kapaċità tal-enerġija tagħhom f'-40 u 50 C (-40 u 122 F), rispettivament.Huma kellhom ukoll effiċjenzi Coulombic għolja ta '98.2% u 98.7% f'dawn it-temperaturi, rispettivament, li jfisser li l-batteriji jistgħu jgħaddu minn aktar ċikli ta' ċarġ u skariku qabel ma jieqfu jaħdmu.
Il-batteriji li Chen u l-kollegi żviluppaw huma kemm tolleranti għall-kesħa kif ukoll għas-sħana grazzi għall-elettrolit tagħhom.Huwa magħmul minn soluzzjoni likwida ta 'dibutyl ether imħallat ma' melħ tal-litju.Karatteristika speċjali dwar l-etere tad-dibutil hija li l-molekuli tiegħu jingħaqdu dgħajjef mal-joni tal-litju.Fi kliem ieħor, il-molekuli tal-elettroliti jistgħu faċilment iħallu l-jonji tal-litju hekk kif taħdem il-batterija.Din l-interazzjoni molekulari dgħajfa, ir-riċerkaturi kienu skoprew fi studju preċedenti, ittejjeb il-prestazzjoni tal-batterija f'temperaturi taħt iż-żero.Barra minn hekk, dibutyl ether jista 'faċilment jieħu s-sħana minħabba li jibqa' likwidu f'temperaturi għoljin (għandu punt tat-togħlija ta '141 C, jew 286 F).
Stabbilizzanti kimiċi tal-litju-kubrit
X'inhu wkoll speċjali dwar dan l-elettrolit huwa li huwa kompatibbli ma 'batterija tal-litju-kubrit, li hija tip ta' batterija rikarikabbli li għandha anodu magħmul minn metall tal-litju u katodu magħmul minn kubrit.Il-batteriji tal-litju-kubrit huma parti essenzjali mit-teknoloġiji tal-batteriji tal-ġenerazzjoni li jmiss minħabba li jwiegħdu densitajiet ogħla ta 'enerġija u spejjeż aktar baxxi.Jistgħu jaħżnu sa darbtejn aktar enerġija għal kull kilogramma mill-batteriji tal-litju tal-lum — dan jista' jirdoppja l-firxa ta' vetturi elettriċi mingħajr ebda żieda fil-piż tal-pakkett tal-batteriji.Ukoll, il-kubrit huwa aktar abbundanti u inqas problematiku għas-sors mill-kobalt użat fil-katodi tradizzjonali tal-batterija tal-jone tal-litju.
Iżda hemm problemi bil-batteriji tal-litju-kubrit.Kemm il-katodu kif ukoll l-anodu huma super reattivi.Il-katodi tal-kubrit huma tant reattivi li jinħall matul it-tħaddim tal-batterija.Din il-kwistjoni tmur għall-agħar f'temperaturi għoljin.U l-anodi tal-metall tal-litju huma suxxettibbli li jiffurmaw strutturi bħal labra msejħa dendrites li jistgħu jtaqqbu partijiet tal-batterija, u jikkawżaw short-circuit.Bħala riżultat, il-batteriji tal-litju-kubrit idumu biss sa għexieren ta 'ċikli.
"Jekk trid batterija b'densità għolja ta 'enerġija, tipikament ikollok bżonn tuża kimika ħarxa ħafna u kkumplikata," qal Chen.“Enerġija għolja tfisser li qed iseħħu aktar reazzjonijiet, li jfisser inqas stabbiltà, aktar degradazzjoni.Li tagħmel batterija b'enerġija għolja li tkun stabbli hija biċċa xogħol diffiċli nfisha - li tipprova tagħmel dan permezz ta 'firxa wiesgħa ta' temperatura hija saħansitra aktar ta 'sfida."
L-elettrolit tad-dibutil etere żviluppat mit-tim ta 'UC San Diego jipprevjeni dawn il-kwistjonijiet, anke f'temperaturi għoljin u baxxi.Il-batteriji li ttestjaw kellhom ħajja taċ-ċikliżmu ħafna itwal minn batterija tipika tal-litju-kubrit."L-elettrolit tagħna jgħin biex itejjeb kemm in-naħa tal-katodu kif ukoll in-naħa tal-anodu filwaqt li jipprovdi konduttività għolja u stabbiltà interfaċjali," qal Chen.
It-tim inġinerija wkoll il-katodu tal-kubrit biex ikun aktar stabbli billi tlaqqmu ma 'polimeru.Dan jipprevjeni aktar kubrit milli jinħall fl-elettrolit.
Il-passi li jmiss jinkludu l-iskala tal-kimika tal-batterija, l-ottimizzazzjoni tagħha biex taħdem f'temperaturi saħansitra ogħla u l-estensjoni tal-ħajja taċ-ċiklu aktar.
Karta: "Kriterji tal-għażla tas-solvent għal batteriji tal-litju-kubrit reżistenti għat-temperatura."Ko-awturi jinkludu Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal u Ping Liu, kollha f'UC San Diego.
Dan ix-xogħol kien appoġġjat minn għotja tal-Fakultà tal-Karriera Bikrija mill-Programm ta' Għotjiet għar-Riċerka tat-Teknoloġija Spazjali tan-NASA (ECF 80NSSC18K1512), il-Fondazzjoni Nazzjonali tax-Xjenza permezz taċ-Ċentru tax-Xjenza u l-Inġinerija tal-Materjali ta' UC San Diego (MRSEC, għotja DMR-2011924), u l-Uffiċċju ta' Teknoloġiji tal-Vetturi tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti permezz tal-Programm ta 'Riċerka dwar il-Materjali tal-Batterija Avvanzata (Konsorzju Battery500, kuntratt DE-EE0007764).Dan ix-xogħol sar parzjalment fl-Infrastruttura tan-Nanoteknoloġija ta 'San Diego (SDNI) f'UC San Diego, membru tal-Infrastruttura Koordinata tan-Nanoteknoloġija Nazzjonali, li hija appoġġjata mill-Fondazzjoni Nazzjonali tax-Xjenza (għotja ECCS-1542148).
Ħin tal-post: Awissu-10-2022