San-Diegodagi Kaliforniya universiteti muhandislari litiy-ionli batareyalarni ishlab chiqdilar, ular sovuq sovuqda va jazirama issiq haroratlarda yaxshi ishlaydi va juda ko'p energiya to'playdi.Tadqiqotchilar bu muvaffaqiyatga nafaqat keng harorat oralig'ida ko'p qirrali va mustahkam, balki yuqori energiyali anod va katod bilan ham mos keladigan elektrolitni ishlab chiqish orqali erishdilar.
Haroratga chidamli batareyalarMilliy Fanlar Akademiyasi (PNAS) jurnalida 4-iyul haftasida chop etilgan maqolada tasvirlangan.
Bunday akkumulyatorlar sovuq iqlim sharoitidagi elektr transport vositalarini bir zaryad bilan uzoqroqqa borish imkonini berishi mumkin;ular, shuningdek, issiq iqlim sharoitida transport vositalarining akkumulyator paketlarini haddan tashqari qizib ketmasligi uchun sovutish tizimlariga bo'lgan ehtiyojni kamaytirishi mumkin, dedi UC San-Diego Jeykobs muhandislik maktabining nanoengineering professori va tadqiqotning katta muallifi Zheng Chen.
“Atrof-muhit harorati uch xonali darajaga yetadigan va yo‘llar yanada qizib ketadigan joylarda yuqori haroratda ishlash kerak.Elektr transport vositalarida akkumulyator batareyalari odatda pol ostida, issiq yo'llarga yaqin bo'ladi ", dedi Chen, shuningdek, San-Diegodagi Barqaror energiya va energiya markazining o'qituvchisi.“Shuningdek, batareyalar ish paytida faqat oqim o'tgandan keyin isiydi.Agar batareyalar yuqori haroratda bunday isinishga toqat qilmasa, ularning ishlashi tezda yomonlashadi.
Sinovlarda kontseptsiyani tasdiqlovchi batareyalar mos ravishda -40 va 50 C (-40 va 122 F) da energiya sig'imining 87,5% va 115,9% ni saqlab qoldi.Ular, shuningdek, ushbu haroratlarda mos ravishda 98,2% va 98,7% yuqori kulon samaradorligiga ega edilar, bu batareyalar ishlashni to'xtatishdan oldin ko'proq zaryadlash va tushirish davrlarini o'tkazishi mumkinligini anglatadi.
Chen va uning hamkasblari ishlab chiqargan batareyalar elektrolitlari tufayli sovuq va issiqqa chidamli.U litiy tuzi bilan aralashtirilgan dibutil efirning suyuq eritmasidan tayyorlanadi.Dibutil efirning o'ziga xos xususiyati shundaki, uning molekulalari litiy ionlari bilan zaif bog'lanadi.Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, batareya ishlayotganida elektrolit molekulalari lityum ionlarini osongina tark etishi mumkin.Ushbu zaif molekulyar o'zaro ta'sir, tadqiqotchilar oldingi tadqiqotda, noldan past haroratlarda batareyaning ishlashini yaxshilaydi.Bundan tashqari, dibutil efir issiqlikni oson qabul qilishi mumkin, chunki u yuqori haroratlarda suyuq holatda qoladi (qaynoq nuqtasi 141 C yoki 286 F).
Litiy-oltingugurt kimyosini barqarorlashtirish
Ushbu elektrolitning o'ziga xos jihati shundaki, u litiy-oltingugurtli akkumulyator bilan mos keladi, bu qayta zaryadlanuvchi batareyaning bir turi bo'lib, anod lityum metalldan va oltingugurtdan qilingan katodga ega.Lityum-oltingugurtli batareyalar yangi avlod akkumulyator texnologiyalarining muhim qismidir, chunki ular yuqori energiya zichligi va arzonroq xarajatlarni va'da qiladi.Ular bugungi litiy-ionli akkumulyatorlarga qaraganda har bir kilogramm uchun ikki baravar ko‘proq energiya to‘plashi mumkin — bu akkumulyatorlar to‘plamining og‘irligini oshirmasdan, elektr transport vositalarining diapazonini ikki baravar oshirishi mumkin.Bundan tashqari, oltingugurt an'anaviy litiy-ion batareyali katodlarda ishlatiladigan kobaltga qaraganda ko'proq va manba uchun kamroq muammoli.
Ammo lityum-oltingugurtli batareyalar bilan bog'liq muammolar mavjud.Katod ham, anod ham o'ta reaktivdir.Oltingugurt katodlari shunchalik reaktivdirki, ular akkumulyatorning ishlashi paytida eriydi.Bu muammo yuqori haroratlarda yomonlashadi.Va lityum metall anodlar akkumulyator qismlarini teshib, qisqa tutashuvga olib keladigan dendritlar deb ataladigan igna o'xshash tuzilmalarni shakllantirishga moyil.Natijada, lityum-oltingugurtli akkumulyatorlar faqat o'nlab tsikllarga xizmat qiladi.
"Agar siz yuqori energiya zichligiga ega batareyani xohlasangiz, odatda juda qattiq, murakkab kimyodan foydalanishingiz kerak", dedi Chen."Yuqori energiya ko'proq reaktsiyalar sodir bo'lishini anglatadi, bu esa kamroq barqarorlik, ko'proq tanazzulni anglatadi.Barqaror yuqori energiyali akkumulyator yasashning o‘zi qiyin ish – buni keng harorat oralig‘ida amalga oshirishga urinish yanada qiyinroq”.
UC San-Diego jamoasi tomonidan ishlab chiqilgan dibutil efir elektrolitlari yuqori va past haroratlarda ham bu muammolarni oldini oladi.Ular sinovdan o'tkazgan batareyalar odatdagi litiy-oltingugurtli batareyaga qaraganda ancha uzoqroq velosipedda ishlash muddatiga ega edi."Bizning elektrolitimiz katod tomonini ham, anod tomonini ham yaxshilashga yordam beradi, shu bilan birga yuqori o'tkazuvchanlik va interfaal barqarorlikni ta'minlaydi", dedi Chen.
Jamoa shuningdek, oltingugurt katodini polimerga payvand qilish orqali yanada barqaror bo'lishi uchun ishlab chiqdi.Bu ko'proq oltingugurtning elektrolitda erishiga to'sqinlik qiladi.
Keyingi qadamlar batareyaning kimyoviy tarkibini kengaytirish, uni yanada yuqori haroratlarda ishlash uchun optimallashtirish va aylanish muddatini yanada uzaytirishni o'z ichiga oladi.
Qog'oz: "Temperaturaga chidamli lityum-oltingugurtli batareyalar uchun erituvchi tanlash mezonlari."Hammualliflar orasida Guorui Cai, Jon Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sitsen Yu, Haodong Liu, Tod A. Paskal va Ping Liu bor, ularning barchasi UC San-Diegoda.
Ushbu ish NASA ning Koinot texnologiyalarini tadqiq qilish grantlari dasturi (ECF 80NSSC18K1512), UC San-Diego Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC, grant DMR-2011924) orqali Milliy Fan Jamg'armasining Erta Ishga qabul qilish fakulteti granti tomonidan qo'llab-quvvatlandi. AQSh Energetika vazirligining Batareya materiallarini ilg'or tadqiqot dasturi orqali avtomobil texnologiyalari (Battery500 konsortsiumi, DE-EE0007764 shartnomasi).Bu ish qisman San-Diego Nanotexnologiya Infratuzilmasida (SDNI) San-Diego UCda amalga oshirildi, Milliy Nanotexnologiya muvofiqlashtirilgan infratuzilmasining a'zosi, Milliy Fan Jamg'armasi (grant ECCS-1542148) tomonidan qo'llab-quvvatlanadi.
Yuborilgan vaqt: 2022 yil 10-avgust