Inxhinierët në Universitetin e Kalifornisë në San Diego kanë zhvilluar bateri litium-jon që performojnë mirë në temperaturat e ftohta dhe të nxehta përvëluese, ndërsa paketojnë shumë energji.Studiuesit e arritën këtë arritje duke zhvilluar një elektrolit që nuk është vetëm i gjithanshëm dhe i fortë në një gamë të gjerë temperaturash, por edhe i pajtueshëm me një anodë dhe katodë me energji të lartë.
Bateritë rezistente ndaj temperaturësjanë përshkruar në një punim të botuar javën e 4 korrikut në Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Bateri të tilla mund të lejojnë automjetet elektrike në klimat e ftohta të udhëtojnë më larg me një karikim të vetëm;ato gjithashtu mund të zvogëlojnë nevojën për sisteme ftohjeje për të mbajtur paketat e baterive të automjeteve nga mbinxehja në klimat e nxehta, tha Zheng Chen, një profesor i nanoinxhinierisë në Shkollën e Inxhinierisë UC San Diego Jacobs dhe autor i vjetër i studimit.
“Ju keni nevojë për funksionim me temperaturë të lartë në zonat ku temperatura e ambientit mund të arrijë tre shifra dhe rrugët bëhen edhe më të nxehta.Në automjetet elektrike, paketat e baterive janë zakonisht nën dysheme, afër këtyre rrugëve të nxehta, "shpjegoi Chen, i cili është gjithashtu një anëtar i fakultetit të Qendrës së Qëndrueshme të Energjisë dhe Energjisë UC San Diego.“Gjithashtu, bateritë ngrohen vetëm nga kalimi i rrymës gjatë funksionimit.Nëse bateritë nuk mund ta tolerojnë këtë ngrohje në temperaturë të lartë, performanca e tyre do të degradojë shpejt.”
Në teste, bateritë provuese të konceptit ruajtën 87.5% dhe 115.9% të kapacitetit të tyre të energjisë në -40 dhe 50 C (-40 dhe 122 F), respektivisht.Ata gjithashtu kishin efikasitet të lartë Kulombik prej 98.2% dhe 98.7% në këto temperatura, përkatësisht, që do të thotë se bateritë mund t'i nënshtrohen më shumë cikleve të ngarkimit dhe shkarkimit përpara se të ndalojnë së punuari.
Bateritë që Chen dhe kolegët zhvilluan janë tolerante ndaj të ftohtit dhe nxehtësisë falë elektrolitit të tyre.Përbëhet nga një zgjidhje e lëngshme e dibutil eterit të përzier me një kripë litiumi.Një tipar i veçantë i dibutil eterit është se molekulat e tij lidhen dobët me jonet e litiumit.Me fjalë të tjera, molekulat e elektrolitit mund të lëshojnë lehtësisht jonet e litiumit ndërsa bateria funksionon.Ky ndërveprim i dobët molekular, studiuesit kishin zbuluar në një studim të mëparshëm, përmirëson performancën e baterisë në temperatura nën zero.Plus, dibutil eteri mund ta marrë lehtësisht nxehtësinë sepse qëndron i lëngshëm në temperatura të larta (ka një pikë vlimi prej 141 C, ose 286 F).
Stabilizimi i kimive litium-squfur
E veçanta e këtij elektroliti është gjithashtu se është i pajtueshëm me një bateri litium-squfuri, e cila është një lloj baterie e ringarkueshme që ka një anodë të bërë nga metali litium dhe një katodë të bërë nga squfuri.Bateritë e litium-squfurit janë një pjesë thelbësore e teknologjive të baterive të gjeneratës së ardhshme, sepse ato premtojnë densitet më të lartë të energjisë dhe kosto më të ulëta.Ato mund të ruajnë deri në dy herë më shumë energji për kilogram se bateritë e sotme litium-jon - kjo mund të dyfishojë gamën e automjeteve elektrike pa ndonjë rritje në peshën e paketës së baterive.Gjithashtu, squfuri është më i bollshëm dhe më pak problematik në burim sesa kobalti i përdorur në katoda tradicionale të baterive litium-jon.
Por ka probleme me bateritë litium-squfur.Si katoda ashtu edhe anoda janë super reaktive.Katodat e squfurit janë aq reaktive sa shpërndahen gjatë funksionimit të baterisë.Ky problem përkeqësohet në temperatura të larta.Dhe anodat metalike të litiumit janë të prirura për të formuar struktura të ngjashme me gjilpëra të quajtura dendrite që mund të shpojnë pjesë të baterisë, duke shkaktuar qark të shkurtër.Si rezultat, bateritë litium-squfur zgjasin vetëm deri në dhjetëra cikle.
"Nëse doni një bateri me densitet të lartë energjie, zakonisht duhet të përdorni kimi shumë të ashpër dhe të ndërlikuar," tha Chen.“Energjia e lartë do të thotë se po ndodhin më shumë reagime, që do të thotë më pak stabilitet, më shumë degradim.Bërja e një baterie me energji të lartë që është e qëndrueshme është një detyrë e vështirë në vetvete – përpjekja për ta bërë këtë përmes një gamë të gjerë temperaturash është edhe më sfiduese.”
Elektroliti dibutil eter i zhvilluar nga ekipi i UC San Diego parandalon këto probleme, edhe në temperatura të larta dhe të ulëta.Bateritë që ata testuan kishin jetëgjatësi shumë më të gjatë në çiklizëm sesa një bateri tipike litium-squfuri.“Elektroliti ynë ndihmon në përmirësimin e anës së katodës dhe anës së anodës, ndërkohë që siguron përçueshmëri të lartë dhe stabilitet ndërfaqe,” tha Chen.
Ekipi gjithashtu projektoi katodën e squfurit për të qenë më e qëndrueshme duke e shartuar atë në një polimer.Kjo parandalon që më shumë squfuri të shpërndahet në elektrolit.
Hapat e ardhshëm përfshijnë shkallëzimin e përbërjes së baterisë, optimizimin e saj për të punuar në temperatura edhe më të larta dhe zgjatjen e mëtejshme të jetës së ciklit.
Letër: "Kriteret e përzgjedhjes së tretësve për bateritë litium-squfuri rezistente ndaj temperaturës."Bashkautorët përfshijnë Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal dhe Ping Liu, të gjithë në UC San Diego.
Kjo punë u mbështet nga një grant i Fakultetit të Karrierës së Hershme nga Programi i Granteve të Kërkimit të Teknologjisë Hapësinore të NASA-s (ECF 80NSSC18K1512), Fondacioni Kombëtar i Shkencës përmes Qendrës Shkencës dhe Inxhinierisë për Kërkimin e Materialeve UC San Diego (MRSEC, granti DMR-2011924) dhe Zyra e Vehicle Technologies të Departamentit të Energjisë të SHBA-së përmes Programit të Kërkimit të Materialeve të Avancuara të Baterive (Konsorciumi Battery500, kontrata DE-EE0007764).Kjo punë u krye pjesërisht në Infrastrukturën Nanoteknologjike të San Diegos (SDNI) në UC San Diego, një anëtar i Infrastrukturës së Koordinuar të Nanoteknologjisë Kombëtare, e cila mbështetet nga Fondacioni Kombëtar i Shkencës (grant ECCS-1542148).
Koha e postimit: Gusht-10-2022