Wahandisi katika Chuo Kikuu cha California San Diego wameunda betri za lithiamu-ioni ambazo hufanya kazi vizuri kwenye baridi kali na joto kali, huku zikipakia nishati nyingi.Watafiti walikamilisha kazi hii kwa kutengeneza elektroliti ambayo sio tu inaweza kutumika tofauti na thabiti katika anuwai ya joto, lakini pia inaendana na anode ya juu ya nishati na cathode.
Betri zinazostahimili jotozimeelezewa katika karatasi iliyochapishwa wiki ya Julai 4 katika Kesi za Chuo cha Kitaifa cha Sayansi (PNAS).
Betri hizo zinaweza kuruhusu magari ya umeme katika hali ya hewa ya baridi kusafiri mbali zaidi kwa malipo moja;wanaweza pia kupunguza hitaji la mifumo ya kupoeza ili kuweka pakiti za betri za magari kutokana na joto kupita kiasi katika hali ya hewa ya joto, alisema Zheng Chen, profesa wa nanoengineering katika Shule ya Uhandisi ya UC San Diego Jacobs na mwandishi mkuu wa utafiti huo.
"Unahitaji operesheni ya halijoto ya juu katika maeneo ambayo halijoto iliyoko inaweza kufikia tarakimu tatu na barabara kupata joto zaidi.Katika magari ya umeme, pakiti za betri kawaida ziko chini ya sakafu, karibu na barabara hizi za moto, "alielezea Chen, ambaye pia ni mshiriki wa kitivo cha Kituo cha Nishati Endelevu cha UC San Diego."Pia, betri hupata joto kutokana na kuwa na mkondo wakati wa operesheni.Ikiwa betri haziwezi kustahimili ongezeko hili la joto kwa joto la juu, utendakazi wao utashuka haraka.
Katika majaribio, betri za uthibitisho wa dhana zilihifadhi 87.5% na 115.9% ya uwezo wao wa nishati katika -40 na 50 C (-40 na 122 F), mtawalia.Pia walikuwa na utendakazi wa hali ya juu wa Coulombic wa 98.2% na 98.7% kwa halijoto hizi, mtawalia, ambayo ina maana kwamba betri zinaweza kuchaji zaidi na kutoa mizunguko kabla hazijaacha kufanya kazi.
Betri ambazo Chen na wenzake walitengeneza ni shukrani zinazostahimili baridi na joto kwa elektroliti yao.Imetengenezwa kwa suluhisho la kioevu la ether ya dibutyl iliyochanganywa na chumvi ya lithiamu.Kipengele maalum kuhusu etha ya dibutyl ni kwamba molekuli zake hufunga kwa ioni za lithiamu dhaifu.Kwa maneno mengine, molekuli za elektroliti zinaweza kuacha ioni za lithiamu kwa urahisi wakati betri inavyoendesha.Mwingiliano huu dhaifu wa Masi, watafiti walikuwa wamegundua katika utafiti uliopita, huboresha utendaji wa betri kwa joto la chini ya sifuri.Zaidi ya hayo, etha ya dibutyl inaweza kuchukua joto kwa urahisi kwa sababu hukaa kioevu kwenye joto la juu (ina kiwango cha kuchemka cha 141 C, au 286 F).
Kuimarisha kemia za lithiamu-sulfuri
Kinachovutia pia kuhusu elektroliti hii ni kwamba inaendana na betri ya lithiamu-sulfuri, ambayo ni aina ya betri inayoweza kuchajiwa tena ambayo ina anodi iliyotengenezwa kwa chuma cha lithiamu na cathode iliyotengenezwa kwa sulfuri.Betri za lithiamu-sulfuri ni sehemu muhimu ya teknolojia ya kizazi kijacho kwa sababu huahidi msongamano wa juu wa nishati na gharama ya chini.Zinaweza kuhifadhi hadi mara mbili ya nishati kwa kila kilo moja kuliko betri za kisasa za lithiamu-ioni - hii inaweza mara mbili ya aina mbalimbali za magari ya umeme bila ongezeko lolote la uzito wa pakiti ya betri.Pia, salfa ni nyingi zaidi na haina tatizo kidogo katika chanzo kuliko kobalti inayotumiwa katika cathodi za betri za lithiamu-ioni.
Lakini kuna matatizo na betri za lithiamu-sulfuri.Cathode na anode zote ni tendaji sana.Cathodi za sulfuri ni tendaji sana hivi kwamba huyeyuka wakati wa operesheni ya betri.Suala hili huwa mbaya zaidi kwa joto la juu.Na anodi za metali za lithiamu huwa na uwezekano wa kutengeneza miundo kama sindano inayoitwa dendrites ambayo inaweza kutoboa sehemu za betri, na kusababisha mzunguko mfupi.Kama matokeo, betri za lithiamu-sulfuri hudumu hadi makumi ya mizunguko.
"Ikiwa unataka betri yenye msongamano mkubwa wa nishati, kwa kawaida unahitaji kutumia kemia kali sana, ngumu," alisema Chen."Nishati nyingi inamaanisha athari nyingi zinatokea, ambayo inamaanisha utulivu mdogo, uharibifu zaidi.Kutengeneza betri yenye nishati nyingi ambayo ni thabiti ni kazi ngumu yenyewe - kujaribu kufanya hivyo kupitia anuwai ya halijoto ni changamoto zaidi.
Elektroliti ya dibutyl ether iliyotengenezwa na timu ya UC San Diego huzuia matatizo haya, hata katika halijoto ya juu na ya chini.Betri walizojaribu zilikuwa na maisha marefu zaidi ya baiskeli kuliko betri ya kawaida ya lithiamu-sulphur."Elektroliti yetu husaidia kuboresha upande wa cathode na upande wa anode huku ikitoa conductivity ya juu na utulivu wa uso," alisema Chen.
Timu pia iliunda cathode ya sulfuri kuwa thabiti zaidi kwa kuipandikiza kwa polima.Hii inazuia sulfuri zaidi kufuta ndani ya electrolyte.
Hatua zinazofuata ni pamoja na kuongeza kemia ya betri, kuiboresha ili ifanye kazi katika halijoto ya juu zaidi na kupanua maisha ya mzunguko.
Karatasi: "Vigezo vya uteuzi wa kutengenezea kwa betri za lithiamu-sulfuri zinazostahimili halijoto."Waandishi wenza ni pamoja na Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal na Ping Liu, wote wakiwa UC San Diego.
Kazi hii iliungwa mkono na ruzuku ya Kitivo cha Kazi ya Awali kutoka kwa Mpango wa Ruzuku wa Utafiti wa Teknolojia ya Nafasi ya NASA (ECF 80NSSC18K1512), Wakfu wa Kitaifa wa Sayansi kupitia Kituo cha Sayansi na Uhandisi cha UC San Diego Materials Research (MRSEC, ruzuku DMR-2011924), na Ofisi ya Teknolojia ya Magari ya Idara ya Nishati ya Marekani kupitia Mpango wa Kina wa Utafiti wa Nyenzo za Betri (Battery500 Consortium, mkataba DE-EE0007764).Kazi hii ilifanywa kwa sehemu katika Miundombinu ya Nanoteknolojia ya San Diego (SDNI) huko UC San Diego, mwanachama wa Miundombinu ya Kitaifa ya Kuratibu Nanoteknolojia, ambayo inaungwa mkono na Wakfu wa Kitaifa wa Sayansi (ruzuku ECCS-1542148).
Muda wa kutuma: Aug-10-2022