यी ऊर्जा-प्याक ब्याट्रीहरूले अत्यधिक चिसो र गर्मीमा राम्रोसँग काम गर्छन्

क्यालिफोर्निया विश्वविद्यालय स्यान डिएगोका इन्जिनियरहरूले लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू विकास गरेका छन् जसले चिसो चिसो र चिसो तातो तापक्रममा राम्रो प्रदर्शन गर्दछ, जबकि धेरै ऊर्जा प्याक गर्दछ।शोधकर्ताहरूले एक इलेक्ट्रोलाइट विकास गरेर यो उपलब्धि हासिल गरे जुन व्यापक तापक्रम दायरामा बहुमुखी र बलियो मात्र होइन, तर उच्च ऊर्जा एनोड र क्याथोडसँग पनि उपयुक्त छ।
तापक्रम प्रतिरोधी ब्याट्रीहरूनेशनल एकेडेमी अफ साइन्सेज (PNAS) को प्रक्रियामा जुलाई 4 को हप्ता प्रकाशित पेपरमा वर्णन गरिएको छ।
त्यस्ता ब्याट्रीहरूले चिसो मौसममा विद्युतीय सवारी साधनहरूलाई एकै पटक चार्जमा टाढा यात्रा गर्न अनुमति दिन्छ;उनीहरूले तातो मौसममा सवारी साधनको ब्याट्री प्याकलाई अत्याधिक तातो हुनबाट जोगाउन कूलिङ सिस्टमको आवश्यकतालाई पनि कम गर्न सक्छन्, यूसी स्यान डिएगो जेकब्स स्कूल अफ इन्जिनियरिङका नानो इन्जिनियरिङका प्राध्यापक र अध्ययनका वरिष्ठ लेखक झेङ चेनले भने।
“परिवेशको तापक्रम तीन अंकमा पुग्न सक्ने र सडकहरू अझ तातो हुने क्षेत्रमा उच्च तापक्रम सञ्चालन गर्न आवश्यक छ।विद्युतीय सवारी साधनहरूमा, ब्याट्री प्याकहरू सामान्यतया भुइँ मुनि, यी तातो सडकहरू नजिकै हुन्छन्, ”चेनले भने, जो UC सान डिएगो सस्टेनेबल पावर एण्ड इनर्जी सेन्टरका संकाय सदस्य पनि हुन्।"साथै, ब्याट्रीहरू सञ्चालनको क्रममा करेन्ट चल्दा मात्र न्यानो हुन्छ।यदि ब्याट्रीहरूले उच्च तापक्रममा यो वार्मअप सहन सक्दैनन् भने, तिनीहरूको कार्यसम्पादन छिट्टै खस्किनेछ।"
परीक्षणहरूमा, अवधारणाको प्रमाण ब्याट्रीहरूले क्रमशः -40 र 50 C (-40 र 122 F) मा आफ्नो ऊर्जा क्षमताको 87.5% र 115.9% राखे।तिनीहरूसँग यी तापक्रमहरूमा क्रमशः 98.2% र 98.7% को उच्च कूलम्बिक दक्षता थियो, जसको मतलब ब्याट्रीहरूले काम गर्न छोड्नु अघि बढी चार्ज र डिस्चार्ज चक्रहरू गुजर्न सक्छन्।
चेन र सहकर्मीहरूले विकास गरेका ब्याट्रीहरू तिनीहरूको इलेक्ट्रोलाइटको कारण चिसो र गर्मी दुवै सहनशील छन्।यो लिथियम नुन मिसाएर डिब्युटाइल ईथरको तरल घोलबाट बनेको हुन्छ।डिब्युटाइल ईथरको विशेष विशेषता यो हो कि यसको अणुहरू लिथियम आयनहरूसँग कमजोर रूपमा बाँध्छन्।अर्को शब्दमा, ब्याट्री चल्दा इलेक्ट्रोलाइट अणुहरूले सजिलैसँग लिथियम आयनहरू छोड्न सक्छन्।यो कमजोर आणविक अन्तरक्रिया, अन्वेषकहरूले अघिल्लो अध्ययनमा पत्ता लगाएका थिए, सब-शून्य तापक्रममा ब्याट्री प्रदर्शन सुधार गर्दछ।साथै, डिब्युटाइल ईथरले सजिलै तातो लिन सक्छ किनभने यो उच्च तापक्रममा तरल रहन्छ (यसको 141 ​​डिग्री सेल्सियस, वा 286 फारेनहाइटको उम्लने बिन्दु छ)।
लिथियम-सल्फर रसायनहरू स्थिर गर्दै
यस इलेक्ट्रोलाइटको बारेमा पनि विशेष कुरा के छ भने यो लिथियम-सल्फर ब्याट्रीसँग उपयुक्त छ, जुन एक प्रकारको रिचार्जेबल ब्याट्री हो जसमा लिथियम धातुबाट बनेको एनोड र सल्फरबाट बनेको क्याथोड हुन्छ।लिथियम-सल्फर ब्याट्रीहरू अर्को पुस्ताको ब्याट्री टेक्नोलोजीहरूको अत्यावश्यक अंश हुन् किनभने तिनीहरूले उच्च ऊर्जा घनत्व र कम लागतको प्रतिज्ञा गर्छन्।तिनीहरूले आजको लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू भन्दा प्रति किलोग्राम दुई गुणा बढी ऊर्जा भण्डारण गर्न सक्छन् - यसले ब्याट्री प्याकको वजनमा कुनै वृद्धि नगरी विद्युतीय सवारीहरूको दायरा दोब्बर गर्न सक्छ।साथै, परम्परागत लिथियम-आयन ब्याट्री क्याथोडहरूमा प्रयोग हुने कोबाल्ट भन्दा सल्फर धेरै प्रचुर मात्रामा र स्रोतको लागि कम समस्याग्रस्त छ।
तर लिथियम-सल्फर ब्याट्रीहरूमा समस्याहरू छन्।क्याथोड र एनोड दुवै सुपर प्रतिक्रियाशील छन्।सल्फर क्याथोडहरू यति प्रतिक्रियाशील हुन्छन् कि तिनीहरू ब्याट्री सञ्चालनको क्रममा भंग हुन्छन्।यो समस्या उच्च तापक्रममा बढ्छ।र लिथियम मेटल एनोडहरू डेन्ड्राइट भनिने सुई-जस्तो संरचनाहरू बन्ने सम्भावना हुन्छ जसले ब्याट्रीको भागहरू छेड्न सक्छ, यसले सर्ट-सर्किटको कारण बनाउँछ।नतिजाको रूपमा, लिथियम-सल्फर ब्याट्रीहरू दसौं चक्रसम्म मात्र टिक्छन्।
"यदि तपाईं उच्च ऊर्जा घनत्व भएको ब्याट्री चाहनुहुन्छ भने, तपाईंले सामान्यतया धेरै कठोर, जटिल रसायन प्रयोग गर्न आवश्यक छ," चेनले भने।"उच्च ऊर्जा भनेको अधिक प्रतिक्रियाहरू भइरहेका छन्, जसको अर्थ कम स्थिरता, अधिक गिरावट।उच्च उर्जाको ब्याट्रीलाई स्थिर बनाउनु आफैंमा गाह्रो काम हो - फराकिलो तापक्रम दायरा मार्फत यो गर्न प्रयास गर्नु अझ चुनौतीपूर्ण छ। ”
UC सान डिएगो टोली द्वारा विकसित dibutyl इथर इलेक्ट्रोलाइटले उच्च र कम तापक्रममा पनि यी समस्याहरूलाई रोक्छ।तिनीहरूले परीक्षण गरेका ब्याट्रीहरूले सामान्य लिथियम-सल्फर ब्याट्रीको तुलनामा धेरै लामो साइकल जीवन पाएका थिए।"हाम्रो इलेक्ट्रोलाइटले उच्च चालकता र इन्टरफेसियल स्थिरता प्रदान गर्दा क्याथोड साइड र एनोड साइड दुवै सुधार गर्न मद्दत गर्दछ," चेनले भने।
टोलीले सल्फर क्याथोडलाई पोलिमरमा कलमी गरेर थप स्थिर हुन इन्जिनियर पनि गर्‍यो।यसले इलेक्ट्रोलाइटमा अधिक सल्फर भंग गर्नबाट रोक्छ।
अर्को चरणहरूमा ब्याट्री रसायन विज्ञान मापन, यसलाई अझ उच्च तापक्रममा काम गर्न अनुकूलन गर्ने र चक्र जीवनलाई थप विस्तार गर्ने समावेश छ।
कागज: "तापमान-उत्थानशील लिथियम-सल्फर ब्याट्रीहरूको लागि विलायक चयन मापदण्ड।"सह-लेखकहरूमा Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal र Ping Liu, सबै UC सान डिएगोमा पर्छन्।
यो काम NASA को अन्तरिक्ष प्रविधि अनुसन्धान अनुदान कार्यक्रम (ECF 80NSSC18K1512), UC सान डिएगो सामग्री अनुसन्धान विज्ञान र इन्जिनियरिङ केन्द्र (MRSEC, अनुदान DMR-2011924) मार्फत राष्ट्रिय विज्ञान फाउन्डेशन, र कार्यालयबाट प्रारम्भिक क्यारियर संकाय अनुदान द्वारा समर्थित थियो। उन्नत ब्याट्री सामग्री अनुसन्धान कार्यक्रम (Battery500 Consortium, अनुबंध DE-EE0007764) मार्फत अमेरिकी ऊर्जा विभागको वाहन प्रविधिहरू।यो काम UC सान डिएगो मा सान डिएगो नानो टेक्नोलोजी इन्फ्रास्ट्रक्चर (SDNI) मा प्रदर्शन गरिएको थियो, नेशनल साइन्स फाउन्डेशन (अनुदान ECCS-1542148) द्वारा समर्थित राष्ट्रिय नानो टेक्नोलोजी समन्वित पूर्वाधारको सदस्य।