Муҳандисони Донишгоҳи Калифорнияи Сан Диего батареяҳои литий-иониро таҳия карданд, ки дар сардиҳои сард ва гармии сӯзон хуб кор мекунанд ва ҳамзамон энергияи зиёдро ҷамъ мекунанд.Муҳаққиқон ба ин муваффақият тавассути таҳияи электролит ноил шуданд, ки на танҳо дар доираи васеи ҳарорат гуногунранг ва мустаҳкам аст, балки инчунин бо анод ва катодҳои энергияи баланд мувофиқ аст.
Батареяҳои ба ҳарорат тобовардар мақолае тасвир шудааст, ки ҳафтаи 4 июл дар Proceedings of Academy National Sciences (PNAS) нашр шудааст.
Чунин аккумуляторҳо имкон медиҳанд, ки мошинҳои барқӣ дар иқлими сард бо як барқ ба дуртар сафар кунанд;онҳо инчунин метавонанд эҳтиёҷ ба системаҳои хунуккуниро коҳиш диҳанд, то батареяҳои мошинҳоро аз гармии шадид дар иқлими гарм нигоҳ доранд, гуфт Чжэн Чен, профессори наноинженерӣ дар Мактаби муҳандисии UC Сан Диего Ҷейкобс ва муаллифи калони тадқиқот.
“Дар минтақаҳое, ки ҳарорати муҳити атроф метавонад ба се рақам мерасад ва роҳҳо боз ҳам гармтар мешаванд, ба шумо кори ҳарорати баланд лозим аст.Дар мошинҳои барқӣ, бастаҳои батарея одатан дар зери фарш, дар наздикии ин роҳҳои гарм ҷойгиранд "гуфт Чен, ки ҳамзамон узви факултети Маркази нерӯи устувор ва энергетикии UC Сан Диего мебошад."Инчунин, батареяҳо танҳо аз гузаштани ҷараёни ҷараён дар вақти кор гарм мешаванд.Агар батареяҳо ин гармиро дар ҳарорати баланд таҳаммул карда натавонанд, кори онҳо зуд коҳиш меёбад."
Дар озмоишҳо, батареяҳои исботи консепсия мутаносибан 87,5% ва 115,9% иқтидори энергетикии худро дар -40 ва 50 C (-40 ва 122 F) нигоҳ доштанд.Онҳо инчунин дар ин ҳароратҳо мутаносибан 98,2% ва 98,7% самаранокии баланди кулонӣ доштанд, ки ин маънои онро дорад, ки батареяҳо пеш аз қатъ кардани кор метавонанд давраҳои бештари барқ ва холӣ кунанд.
Батареяҳое, ки Чен ва ҳамкасбон таҳия кардаанд, ба шарофати электролиташон ҳам ба сардӣ ва ҳам ба гармӣ тобоваранд.Он аз маҳлули моеъи эфири дибутил бо намаки литий омехта шудааст.Хусусияти махсуси эфири дибутил дар он аст, ки молекулаҳои он ба ионҳои литий суст пайваст мешаванд.Ба ибораи дигар, молекулаҳои электролитҳо метавонанд ионҳои литийро ҳангоми кор кардани батарея ба осонӣ раҳо кунанд.Ин ҳамкории сусти молекулавӣ, ки муҳаққиқон дар як таҳқиқоти қаблӣ кашф карда буданд, кори батареяро дар ҳарорати зери сифр беҳтар мекунад.Илова бар ин, эфири дибутил метавонад гармиро ба осонӣ қабул кунад, зеро он дар ҳарорати баланд моеъ боқӣ мемонад (он нуқтаи ҷӯшиши 141 C ё 286 F).
Муътадилгардонии химияи литий-сульфур
Чизи вижаи ин электролит низ дар он аст, ки он бо батареяи литий-сульфур, ки як навъи батареяи барқгиранда аст, ки анод аз металли литий ва катод аз сулфур дорад, мувофиқ аст.Батареяҳои литий-сульфур қисми муҳими технологияҳои насли ояндаи батарея мебошанд, зеро онҳо зичии баландтари энергия ва хароҷоти камтарро ваъда медиҳанд.Онҳо метавонанд дар як килограмм назар ба батареяҳои литий-ионии имрӯза то ду маротиба зиёдтар энергия захира кунанд - ин метавонад доираи мошинҳои электрикиро бидуни афзоиши вазни батарея ду баробар зиёд кунад.Инчунин, сулфур нисбат ба кобальте, ки дар катодҳои анъанавии батареяи литий-ион истифода мешавад, фаровонтар ва барои манбаъ камтар мушкилӣ дорад.
Аммо бо батареяҳои литий-сулфур мушкилот вуҷуд дорад.Ҳам катод ва ҳам анод хеле реактивӣ мебошанд.Катодҳои сулфур чунон реактиванд, ки онҳо ҳангоми кори батарея об мешаванд.Ин масъала дар ҳарорати баланд бадтар мешавад.Ва анодҳои металлии литий ба ташаккули сохторҳои сӯзан монанданд, ки дендрит ном доранд, ки метавонанд қисмҳои батареяро сӯрох кунанд ва боиси расиши кӯтоҳи он шаванд.Дар натиҷа, батареяҳои литий-сульфур танҳо то даҳҳо давра кор мекунанд.
"Агар шумо хоҳед, ки батарея бо зичии баланди энергия дошта бошед, шумо одатан бояд химияи хеле сахт ва мураккабро истифода баред" гуфт Чен.“Энергияи баланд маънои онро дорад, ки аксуламалҳои бештар ба амал меоянд, яъне суботи камтар, таназзули бештар.Сохтани батареяи дорои энергияи баланд, ки устувор аст, кори душвор аст - кӯшиши иҷрои ин корро тавассути доираи васеи ҳарорат боз ҳам мушкилтар аст."
Электролити дибутил эфир, ки аз ҷониби дастаи UC Сан Диего таҳия шудааст, ҳатто дар ҳарорати баланд ва паст ин мушкилотро пешгирӣ мекунад.Батареяҳое, ки онҳо санҷида буданд, назар ба батареяи маъмулии литий-сульфур умри дарозтар доштанд."Электролитҳои мо ҳам ба беҳтар кардани паҳлӯи катод ва ҳам паҳлӯи анод кӯмак мекунанд ва ҳамзамон гузаронандагии баланд ва устувории байнифазоиро таъмин мекунанд" гуфт Чен.
Гурӯҳ инчунин муҳандисии катоди сулфурро тавассути пайванд кардани он ба полимер устувортар кард.Ин имкон намедиҳад, ки сулфур ба электролит бештар об шавад.
Қадамҳои оянда миқёси химияи батареяро дар бар мегиранд, оптимизатсияи он барои кор дар ҳарорати аз ин ҳам баландтар ва минбаъд дароз кардани мӯҳлати давра.
Ҳуҷҷат: "Критерияҳои интихоби ҳалкунанда барои батареяҳои ба ҳарорат тобовар литий-сульфур."Ба ҳаммуаллифон Гуоруи Кай, Ҷон Холубек, Мингқиан Ли, Ҳонгпенг Гао, Йидзи Ин, Сисен Ю, Хаодонг Лю, Тод А. Паскал ва Пинг Лю, ҳама дар UC Сан Диего дохил мешаванд.
Ин кор аз ҷониби як гранти факултети барвақти касб аз ҷониби Барномаи Грантҳои Тадқиқоти Технологияи кайҳонии NASA (ECF 80NSSC18K1512), Бунёди Миллии Илм тавассути Маркази Илм ва Муҳандисии Маводҳои UC Сан Диего (MRSEC, гранти DMR-2011924) ва Дафтари КҲФ дастгирӣ карда шуд. Технологияҳои воситаҳои нақлиёти Вазорати энергетикаи ИМА тавассути Барномаи тадқиқоти пешрафтаи маводи батарея (Consortium Battery500, шартномаи DE-EE0007764).Ин кор қисман дар инфрасохтори нанотехнологии Сан Диего (SDNI) дар UC Сан Диего, узви инфрасохтори миллии ҳамоҳангшудаи нанотехнология, ки аз ҷониби Бунёди Миллии Илм (грант ECCS-1542148) дастгирӣ мешавад, иҷро карда шуд.
Вақти интишор: 10 август-2022