Ang mga inhenyero sa Unibersidad sa California San Diego nakamugna og mga lithium-ion nga mga baterya nga maayo ang performance sa nagyelo nga katugnaw ug naglagiting nga init nga temperatura, samtang nagputos og daghang enerhiya.Ang mga tigdukiduki nakahimo niini nga kalampusan pinaagi sa pagpalambo sa usa ka electrolyte nga dili lamang versatile ug lig-on sa tibuok usa ka halapad nga temperatura range, apan usab compatible uban sa usa ka taas nga enerhiya anode ug cathode.
Ang mga baterya nga makasukol sa temperaturagihulagway sa usa ka papel nga gipatik sa semana sa Hulyo 4 sa Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Ang ingon nga mga baterya makatugot sa mga de-koryenteng sakyanan sa bugnaw nga mga klima nga mobiyahe og mas layo sa usa ka bayad;mahimo usab nila nga makunhuran ang panginahanglan alang sa mga sistema sa pagpabugnaw aron mapugngan ang mga pakete sa baterya sa mga salakyanan gikan sa sobrang kainit sa init nga mga klima, miingon si Zheng Chen, usa ka propesor sa nanoengineering sa UC San Diego Jacobs School of Engineering ug senior nga awtor sa pagtuon.
"Kinahanglan nimo ang taas nga temperatura nga operasyon sa mga lugar diin ang temperatura sa palibot makaabot sa triple digit ug ang mga dalan mas init.Sa mga de-koryenteng salakyanan, ang mga baterya pack kasagaran sa ilawom sa salog, duol sa kini nga mainit nga mga dalan, ”gipasabut ni Chen, kinsa usa usab ka faculty member sa UC San Diego Sustainable Power and Energy Center."Dugang pa, ang mga baterya nag-init tungod lang sa pag-agas sa karon sa panahon sa operasyon.Kung ang mga baterya dili makaagwanta niini nga pag-init sa taas nga temperatura, ang ilang performance dali nga madaot.
Sa mga pagsulay, ang proof-of-concept nga mga baterya nagpabilin sa 87.5% ug 115.9% sa ilang kapasidad sa enerhiya sa -40 ug 50 C (-40 ug 122 F), matag usa.Adunay usab sila taas nga kahusayan sa Coulombic nga 98.2% ug 98.7% sa kini nga mga temperatura, sa tinuud, nga nagpasabut nga ang mga baterya mahimong moagi sa daghang mga siklo sa pag-charge ug pag-discharge sa dili pa sila mohunong sa pagtrabaho.
Ang mga baterya nga gipalambo ni Chen ug mga kauban parehas nga bugnaw ug init nga pagtugot salamat sa ilang electrolyte.Gihimo kini sa usa ka likido nga solusyon sa dibutyl ether nga gisagol sa usa ka lithium nga asin.Ang usa ka espesyal nga bahin bahin sa dibutyl ether mao nga ang mga molekula niini huyang nga nagbugkos sa mga lithium ion.Sa laing pagkasulti, ang mga molekula sa electrolyte dali nga makabiya sa mga lithium ions samtang nagdagan ang baterya.Kining huyang nga interaksyon sa molekula, nadiskobrehan sa mga tigdukiduki sa miaging pagtuon, nagpauswag sa performance sa baterya sa mga sub-zero nga temperatura.Dugang pa, ang dibutyl ether dali nga makuha ang kainit tungod kay kini nagpabilin nga likido sa taas nga temperatura (kini adunay usa ka boiling point nga 141 C, o 286 F).
Pagpalig-on sa lithium-sulfur chemistries
Ang espesyal usab sa kini nga electrolyte mao nga kini nahiuyon sa usa ka lithium-sulfur nga baterya, nga usa ka klase sa rechargeable nga baterya nga adunay anode nga hinimo sa lithium metal ug usa ka cathode nga hinimo sa asupre.Ang Lithium-sulfur nga mga baterya usa ka importante nga bahin sa sunod nga henerasyon nga mga teknolohiya sa baterya tungod kay kini nagsaad sa mas taas nga densidad sa enerhiya ug mas ubos nga gasto.Makatipig sila hangtod sa duha ka pilo nga mas daghang enerhiya matag kilo kay sa karon nga mga baterya sa lithium-ion — mahimo’g doblehon niini ang sakup sa mga de-koryenteng awto nga wala’y pagtaas sa gibug-aton sa pack sa baterya.Usab, ang asupre mas daghan ug dili kaayo problema sa tinubdan kay sa cobalt nga gigamit sa tradisyonal nga lithium-ion nga mga katod sa baterya.
Apan adunay mga problema sa lithium-sulfur nga mga baterya.Ang cathode ug anode super reaktibo.Ang sulfur cathodes kay reaktibo kaayo nga sila matunaw sa panahon sa operasyon sa baterya.Kini nga isyu mograbe sa taas nga temperatura.Ug ang lithium metal anodes dali nga makaporma nga sama sa dagom nga mga istruktura nga gitawag og dendrites nga makalusot sa mga bahin sa baterya, hinungdan nga kini mag-short-circuit.Ingon usa ka sangputanan, ang mga baterya sa lithium-sulfur molungtad lamang hangtod sa napulo ka mga siklo.
"Kung gusto nimo ang usa ka baterya nga adunay taas nga densidad sa enerhiya, kasagaran kinahanglan nimo nga gamiton ang grabe, komplikado nga chemistry," ingon ni Chen."Ang taas nga enerhiya nagpasabut nga daghang mga reaksyon ang nahitabo, nga nagpasabut nga dili kaayo kalig-on, labi nga pagkadaot.Ang paghimo sa usa ka taas nga kusog nga baterya nga lig-on usa ka lisud nga buluhaton mismo - ang pagsulay sa pagbuhat niini pinaagi sa usa ka halapad nga sakup sa temperatura labi pa nga mahagit.
Ang dibutyl ether electrolyte nga gihimo sa UC San Diego team nagpugong niini nga mga isyu, bisan sa taas ug ubos nga temperatura.Ang mga baterya nga ilang gisulayan adunay mas taas nga kinabuhi sa pagbisikleta kaysa usa ka kasagaran nga lithium-sulfur nga baterya."Ang among electrolyte makatabang sa pagpauswag sa cathode nga bahin ug anode nga bahin samtang naghatag og taas nga conductivity ug interfacial stability," miingon si Chen.
Gi-engineer usab sa team ang sulfur cathode aron mahimong mas lig-on pinaagi sa pagsumbak niini sa usa ka polymer.Gipugngan niini ang daghang asupre nga matunaw sa electrolyte.
Ang sunod nga mga lakang naglakip sa pag-scale sa chemistry sa baterya, pag-optimize niini aron magtrabaho sa mas taas nga temperatura ug dugang nga pagpalugway sa kinabuhi sa siklo.
Papel: "Mga sukdanan sa pagpili sa solvent alang sa mga baterya nga lithium-sulfur nga mabag-o sa temperatura."Ang mga kaubang tagsulat naglakip sa Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal ug Ping Liu, tanan sa UC San Diego.
Kini nga trabaho gisuportahan sa usa ka Early Career Faculty grant gikan sa NASA's Space Technology Research Grants Program (ECF 80NSSC18K1512), ang National Science Foundation pinaagi sa UC San Diego Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC, grant DMR-2011924), ug ang Office of Mga Teknolohiya sa Sasakyan sa US Department of Energy pinaagi sa Advanced Battery Materials Research Program (Battery500 Consortium, kontrata DE-EE0007764).Kini nga buhat gihimo sa bahin sa San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) sa UC San Diego, usa ka miyembro sa National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, nga gisuportahan sa National Science Foundation (grant ECCS-1542148).
Oras sa pag-post: Ago-10-2022