Početna / Blog / Inženjeri su razvili separator koji stabilizira plinovite elektrolite kako bi baterije na ultra niskim temperaturama bile sigurnije

Inženjeri su razvili separator koji stabilizira plinovite elektrolite kako bi baterije na ultra niskim temperaturama bile sigurnije

20 listopada, 2021

By hoppt

Prema izvješćima stranih medija, nano inženjeri na Kalifornijskom sveučilištu u San Diegu razvili su separator baterija koji može djelovati kao barijera između katode i anode kako bi spriječio isparavanje plinovitog elektrolita u bateriji. Nova dijafragma sprječava nakupljanje unutarnjeg tlaka oluje, čime se sprječava bubrenje i eksplozija baterije.

Voditelj istraživanja, Zheng Chen, profesor nanoinženjeringa na Jacobs School of Engineering na Sveučilištu u Kaliforniji, San Diego, rekao je: "Zarobljavanjem molekula plina, membrana može djelovati kao stabilizator za hlapljive elektrolite."

Novi separator može poboljšati performanse baterije na ultra niskim temperaturama. Baterija koja koristi membranu može raditi na minus 40°C, a kapacitet može biti čak 500 miliamper sati po gramu, dok komercijalna membranska baterija u ovom slučaju ima gotovo nultu snagu. Istraživači kažu da čak i ako se ne koristi dva mjeseca, kapacitet baterije je i dalje velik. Ova izvedba pokazuje da dijafragma također može produžiti vijek trajanja. Ovo otkriće omogućuje istraživačima daljnje postizanje svog cilja: proizvodnju baterija koje mogu osigurati električnu energiju za vozila u ledenim okruženjima, kao što su svemirske letjelice, sateliti i dubokomorski brodovi.

Ovo se istraživanje temelji na studiji u laboratoriju Ying Shirley Meng, profesorice nanoinženjeringa na Kalifornijskom sveučilištu u San Diegu. Ovo istraživanje koristi određeni elektrolit ukapljenog plina za razvoj baterije koja po prvi put može održavati dobre performanse u okruženju od minus 60°C. Među njima, ukapljeni plinski elektrolit je plin koji se ukapljuje pod pritiskom i otporniji je na niske temperature od tradicionalnih tekućih elektrolita.

Ali ova vrsta elektrolita ima nedostatak; lako se prelazi iz tekućine u plin. Chen je rekao: "Ovaj problem je najveći sigurnosni problem za ovaj elektrolit." Tlak je potrebno povećati kako bi se molekule tekućine kondenzirale i elektrolit održao u tekućem stanju kako bi se elektrolit koristio.

Chenov laboratorij surađivao je s Mengom i Todom Pascalom, profesorima nanoinženjeringa na Kalifornijskom sveučilištu u San Diegu, kako bi riješili ovaj problem. Kombiniranjem stručnosti stručnjaka za računalstvo kao što je Pascal s istraživačima kao što su Chen i Meng, razvijena je metoda za ukapljivanje isparenog elektrolita bez brzog prejakog pritiska. Gore spomenuto osoblje povezano je s Centrom za znanost i inženjerstvo za istraživanje materijala (MRSEC) Sveučilišta u Kaliforniji, San Diego.

Ova metoda posuđuje iz fizičkog fenomena u kojem se molekule plina kondenziraju spontano kada su zarobljene u malim nano-prostorima. Taj se fenomen naziva kapilarna kondenzacija, zbog koje plin može postati tekući pri nižem tlaku. Istraživački je tim iskoristio ovaj fenomen za konstruiranje separatora baterija koji može stabilizirati elektrolit u baterijama na ultra niskim temperaturama, ukapljeni plinski elektrolit napravljen od plina fluorometana. Istraživači su koristili porozni kristalni materijal nazvan metalno-organski okvir (MOF) za stvaranje membrane. Jedinstvena stvar kod MOF-a je da je puna sitnih pora, koje mogu uhvatiti molekule plina fluorometana i kondenzirati ih pri relativno niskom tlaku. Na primjer, fluorometan se obično skuplja na minus 30°C i ima silu od 118 psi; ali ako se koristi MOF, tlak kondenzacije poroznih na istoj temperaturi je samo 11 psi.

Chen je rekao: "Ovaj MOF značajno smanjuje tlak potreban za rad elektrolita. Stoga naša baterija može pružiti veliku količinu kapaciteta na niskim temperaturama bez degradacije." Istraživači su testirali separator na bazi MOF-a u litij-ionskoj bateriji. . Litij-ionska baterija sastoji se od fluorougljične katode i litij metalne anode. Može ga napuniti plinovitim fluorometanskim elektrolitom pri unutarnjem tlaku od 70 psi, daleko nižem od tlaka potrebnog za ukapljivanje fluorometana. Baterija i dalje može održavati 57% svog kapaciteta sobne temperature na minus 40°C. Nasuprot tome, pri istoj temperaturi i tlaku, snaga komercijalne membranske baterije koja koristi plinoviti elektrolit koji sadrži fluorometan je gotovo nula.

Mikropore temeljene na MOF separatoru su ključne jer te mikropore mogu zadržati više elektrolita da teče u bateriji čak i pod smanjenim tlakom. Komercijalna dijafragma ima velike pore i ne može zadržati molekule plinovitih elektrolita pod sniženim tlakom. Ali mikroporoznost nije jedini razlog zašto dijafragma dobro radi u ovim uvjetima. Dijafragma koju su dizajnirali istraživači također omogućuje da pore tvore kontinuirani put od jednog kraja do drugog, čime se osigurava da litijevi ioni mogu slobodno teći kroz dijafragmu. U testu je ionska vodljivost baterije koja koristi novu dijafragmu na minus 40°C deset puta veća od baterije koja koristi komercijalnu membranu.

Chenov tim trenutno testira separatore bazirane na MOF-u na drugim elektrolitima. Chen je rekao: "Vidjeli smo slične učinke. Korištenjem ovog MOF-a kao stabilizatora, različite molekule elektrolita mogu se adsorbirati kako bi se poboljšala sigurnost baterija, uključujući tradicionalne litijeve baterije s hlapljivim elektrolitima."

zatvori_bijelo
blizu

Napišite upit ovdje

odgovorite u roku od 6 sati, sva pitanja su dobrodošla!

    [class^="wpforms-"]
    [class^="wpforms-"]