Сан-Диегодогу Калифорния университетинин инженерлери литий-иондук батарейкаларды иштеп чыгышты, алар тоңдургуч суукта жана ысык ысыкта жакшы иштеген, ошол эле учурда көп энергияны камтыган.Окумуштуулар бул эрдикке кең температура диапазонунда ар тараптуу жана бекем гана эмес, ошондой эле жогорку энергиялуу анод жана катод менен шайкеш келген электролиттерди иштеп чыгуу менен жетишти.
Температурага туруктуу батареяларУлуттук илимдер академиясынын (PNAS) эмгектеринде 4-июлдагы жумада жарыяланган макалада баяндалган.
Мындай аккумуляторлор суук климаттагы электр унааларына бир заряд менен алыскы сапарга чыгууга мүмкүндүк берет;алар ошондой эле ысык климатта унаалардын аккумуляторлорунун ысып кетүүсүнөн сактануу үчүн муздатуу системаларына болгон муктаждыкты азайтышы мүмкүн, деди Чжэн Чен, UC San Diego Jacobs Engineering мектебинин наноинженердик профессору жана изилдөөнүн улук автору.
«Айлана-чөйрөнүн температурасы үч санга жеткен жана жолдор ого бетер ысып турган аймактарда жогорку температурада иштөө керек.Электр унааларында аккумулятордук пакеттер адатта полдун астында, бул ысык жолдорго жакын болот ", - деп түшүндүрдү Чен, ал ошондой эле UC Сан-Диего Туруктуу Энергия жана Энергия борборунун окутуучусу.«Ошондой эле, батареялар иштөө учурунда ток өтүп кеткенден кийин гана жылыйт.Эгерде батарейкалар жогорку температурада мындай жылынууга туруштук бере албаса, алардын иштеши тез эле начарлайт».
Сыноолордо, концепцияны тастыктаган батарейкалар -40 жана 50 градуста (-40 жана 122 F) тиешелүүлүгүнө жараша 87,5% жана 115,9% энергия сыйымдуулугун сактап калышты.Алар ошондой эле бул температураларда, тиешелүүлүгүнө жараша, 98,2% жана 98,7% кулондук эффективдүүлүккө ээ болгон, демек, батареялар иштебей калганга чейин көбүрөөк заряддоо жана разряд циклдарынан өтүшү мүмкүн.
Чен жана кесиптештери иштеп чыккан батарейкалар электролитинин аркасында суукка да, ысыкка да чыдамдуу.Ал литий тузу менен аралашкан дибутил эфиринин суюк эритмесинен жасалган.Дибутил эфиринин өзгөчөлүгү анын молекулалары литий иондору менен начар байланышат.Башка сөз менен айтканда, электролит молекулалары батарея иштеп жатканда литий иондорун оңой эле коё алышат.Бул алсыз молекулярдык өз ара аракеттешүү, изилдөөчүлөр мурунку изилдөөдө байкашкан, батарейканын иштешин нөлдүк температурада жакшыртат.Мындан тышкары, дибутил эфири жылуулукту оңой кабыл алат, анткени ал жогорку температурада суюк бойдон калат (анын кайноо температурасы 141 С же 286 F).
Литий-күкүрт химиясын турукташтыруу
Бул электролиттин өзгөчөлүгү дагы литий-күкүрттүү аккумулятор менен шайкеш келет, ал литий металлдан жасалган анод жана күкүрттөн жасалган катоду бар кайра заряддалуучу батареянын бир түрү.Литий-күкүрттүү батарейкалар кийинки муундагы аккумулятордук технологиялардын маанилүү бөлүгү болуп саналат, анткени алар энергиянын тыгыздыгын жана азыраак чыгымдарды убада кылат.Алар азыркы литий-иондук батарейкаларга караганда бир килограммга эки эсе көп энергияны сактай алышат — бул батарея пакетинин салмагын эч кандай жогорулатпастан эле электр унааларынын диапазонун эки эсеге көбөйтөт.Ошондой эле, күкүрт салттуу литий-иондук аккумулятордук катоддордо колдонулган кобальтка караганда көп жана азыраак көйгөйлүү.
Бирок литий-күкүрттүү батареялар менен көйгөйлөр бар.Катод да, анод да супер реактивдүү.Күкүрт катоддору ушунчалык реактивдүү болгондуктан, алар батареянын иштеши учурунда эрийт.Бул маселе жогорку температурада күчөйт.Ал эми литий металл аноддору дендрит деп аталган ийне сымал структураларды түзүүгө жакын, алар батареянын бөлүктөрүн тешип, анын кыска туташуусуна алып келет.Натыйжада, литий-күкүрттүү батареялар ондогон циклге гана жетет.
"Эгерде сиз энергиянын тыгыздыгы жогору батареяны кааласаңыз, адатта өтө катаал, татаал химияны колдонушуңуз керек" деди Чен.«Жогорку энергия көбүрөөк реакциялар болуп жатканын билдирет, бул азыраак туруктуулукту, көбүрөөк деградацияны билдирет.Туруктуу жогорку энергиялуу батарейканы жасоонун өзү татаал иш - муну температуранын кең диапазону аркылуу жасоого аракет кылуу андан да кыйын.
UC Сан-Диего командасы тарабынан иштелип чыккан дибутил эфир электролит жогорку жана төмөнкү температурада да, бул маселелерди алдын алат.Алар сынаган аккумуляторлор кадимки литий-күкүрттүү батарейкага караганда бир топ узак велосипедде иштөөгө ээ болгон."Биздин электролит катод тарабын да, анод тарабын да жакшыртууга жардам берет, ошол эле учурда жогорку өткөргүчтүктү жана фаза аралык туруктуулукту камсыз кылат" деди Чен.
Команда ошондой эле күкүрт катодун полимерге кыйыштыруу менен туруктуураак болушу үчүн инженердик кылды.Бул көбүрөөк күкүрттүн электролитке эрип кетишине жол бербейт.
Кийинки кадамдарга батареянын химиясын масштабдоо, андан да жогорку температурада иштөө үчүн оптималдаштыруу жана циклдин иштөө мөөнөтүн андан ары узартуу кирет.
Кагаз: "Температурага туруктуу литий-күкүрттүү батареялар үчүн эриткичти тандоо критерийлери."Ко-авторлор: Гуоруи Кай, Джон Холубек, Мингцян Ли, Хонпэн Гао, Йиджи Ин, Сицэн Ю, Хаодонг Лю, Тод А. Паскаль жана Пинг Лю, бардыгы UC Сан-Диегодо.
Бул иш НАСАнын Космостук технологияларды изилдөө гранттары программасынын (ECF 80NSSC18K1512), Улуттук Илим Фондунун UC Сан-Диегодогу Материалдарды Изилдөө Илим жана Инженердик Борбору (MRSEC, DMR-2011924 гранты) жана Кафедрасынын Эрте Карьера Факультетинин гранты тарабынан колдоого алынган. Батареянын материалдарын изилдөө программасы аркылуу АКШнын Энергетика министрлигинин унаа технологиялары (Battery500 Консорциуму, келишим DE-EE0007764).Бул иш жарым-жартылай Сан-Диего Нанотехнология инфраструктурасында (SDNI) Сан-Диего университетинде аткарылган, Улуттук нанотехнологиялык координацияланган инфраструктуранын мүчөсү, Улуттук илим фонду (грант ECCS-1542148) тарабынан колдоого алынган.
Посттун убактысы: 10-август-2022