San Dieqo Kaliforniya Universitetinin mühəndisləri çoxlu enerji yığmaqla yanaşı, dondurucu soyuqda və qızmar isti temperaturda yaxşı performans göstərən litium-ion batareyaları hazırlayıblar.Tədqiqatçılar bu uğura nəinki geniş temperatur diapazonunda çox yönlü və möhkəm, həm də yüksək enerjili anod və katodla uyğun gələn elektrolit hazırlayaraq nail olublar.
Temperatura davamlı batareyalarProceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) jurnalında iyulun 4-də dərc olunan məqalədə təsvir edilmişdir.
Bu cür akkumulyatorlar soyuq iqlimlərdəki elektrik nəqliyyat vasitələrinə tək bir yüklə daha uzaqlara getməyə imkan verə bilər;UC San Diego Jacobs Mühəndislik Məktəbinin nanoemühəndislik professoru və tədqiqatın baş müəllifi Zheng Chen bildirib ki, onlar həmçinin nəqliyyat vasitələrinin akkumulyator paketlərinin isti iqlimlərdə həddindən artıq istiləşməsinin qarşısını almaq üçün soyutma sistemlərinə ehtiyacı azalda bilər.
“Ətraf mühitin temperaturunun üç rəqəmə çata biləcəyi və yolların daha da istiləşdiyi ərazilərdə yüksək temperaturda işləmək lazımdır.Elektrikli nəqliyyat vasitələrində batareya paketləri adətən döşəmənin altında, bu isti yolların yaxınlığında olur” deyə, eyni zamanda UC San Diego Davamlı Enerji və Enerji Mərkəzinin müəllimi olan Çen izah etdi.“Həmçinin, batareyalar yalnız əməliyyat zamanı cərəyan keçdiyi üçün qızdırılır.Batareyalar yüksək temperaturda bu istiləşməyə dözə bilmirsə, onların performansı tez pisləşəcək."
Sınaqlarda konsepti sübut edən batareyalar -40 və 50 C-də (-40 və 122 F) müvafiq olaraq enerji tutumunun 87,5% və 115,9%-ni saxladı.Onlar həmçinin bu temperaturlarda müvafiq olaraq 98,2% və 98,7% yüksək Coulomb səmərəliliyinə malik idilər, yəni batareyalar işləməyi dayandırmazdan əvvəl daha çox doldurulma və boşalma dövrlərindən keçə bilər.
Chen və həmkarlarının hazırladığı batareyalar elektrolitləri sayəsində həm soyuq, həm də istiyə davamlıdır.Litium duzu ilə qarışdırılmış dibutil efirin maye məhlulundan hazırlanır.Dibutil efirin xüsusi xüsusiyyəti onun molekullarının litium ionlarına zəif bağlanmasıdır.Başqa sözlə, elektrolit molekulları batareya işlək vəziyyətdə litium ionlarını asanlıqla buraxa bilir.Tədqiqatçıların əvvəlki araşdırmada kəşf etdiyi bu zəif molekulyar qarşılıqlı əlaqə, sıfırın altındakı temperaturlarda batareyanın işini yaxşılaşdırır.Üstəlik, dibutil efir asanlıqla istiliyi qəbul edə bilər, çünki yüksək temperaturda maye qalır (qaynama nöqtəsi 141 C və ya 286 F).
Stabilləşdirici litium-kükürd kimyası
Bu elektrolitin özəlliyi də ondan ibarətdir ki, o, litium metaldan hazırlanmış anod və kükürddən hazırlanmış katoda malik təkrar doldurulan batareya növü olan litium-kükürdlü batareya ilə uyğun gəlir.Litium-kükürdlü akkumulyatorlar yeni nəsil akkumulyator texnologiyalarının vacib hissəsidir, çünki onlar daha yüksək enerji sıxlığı və daha aşağı xərclər vəd edir.Onlar indiki litium-ion akkumulyatorlarla müqayisədə hər kiloqrama iki dəfəyə qədər çox enerji saxlaya bilirlər – bu, batareya paketinin çəkisini artırmadan elektrik avtomobillərinin çeşidini iki dəfə artıra bilər.Həmçinin, kükürd ənənəvi litium-ion batareya katodlarında istifadə edilən kobaltdan daha bol və qaynaq üçün daha az problemlidir.
Amma litium-kükürdlü akkumulyatorlarda problemlər var.Həm katod, həm də anod super reaktivdir.Kükürd katodları o qədər reaktivdir ki, batareyanın işləməsi zamanı həll olunur.Bu problem yüksək temperaturda daha da pisləşir.Litium metal anodları isə batareyanın hissələrini deşərək onun qısaqapanmasına səbəb olan dendrit adlanan iynə kimi strukturlar əmələ gətirməyə meyllidir.Nəticədə, litium-kükürdlü batareyalar yalnız onlarla dövrə qədər davam edir.
"Yüksək enerji sıxlığı olan bir batareya istəyirsinizsə, adətən çox sərt, mürəkkəb kimyadan istifadə etməlisiniz" dedi Chen.“Yüksək enerji daha çox reaksiyanın baş verməsi deməkdir ki, bu da daha az sabitlik, daha çox deqradasiya deməkdir.Stabil yüksək enerjili akkumulyator hazırlamaq özü də çətin işdir – bunu geniş temperatur diapazonunda etməyə çalışmaq daha çətindir.”
UC San Diego komandası tərəfindən hazırlanmış dibutil efir elektrolit yüksək və aşağı temperaturda belə bu problemlərin qarşısını alır.Onların sınaqdan keçirdikləri akkumulyatorlar adi litium-kükürdlü akkumulyatordan daha uzun bir dövrəyə malik idi."Bizim elektrolitimiz həm katod tərəfini, həm də anod tərəfini yaxşılaşdırmağa kömək edir, eyni zamanda yüksək keçiricilik və interfasial sabitlik təmin edir" dedi Chen.
Komanda həmçinin kükürd katodunu bir polimerə aşılayaraq daha sabit olması üçün dizayn etdi.Bu, daha çox kükürdün elektrolitə həll olunmasının qarşısını alır.
Növbəti addımlara batareyanın kimyasını genişləndirmək, daha yüksək temperaturlarda işləmək üçün optimallaşdırmaq və dövriyyənin ömrünü daha da uzatmaq daxildir.
Kağız: "Temperatura davamlı litium-kükürdlü batareyalar üçün həlledici seçim meyarları."Həmmüəlliflər arasında Guorui Cai, Con Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal və Ping Liu, hamısı UC San Diego-dadır.
Bu iş NASA-nın Kosmik Texnologiya Tədqiqatları Qrant Proqramı (ECF 80NSSC18K1512), UC San Diego Materials Research Elm və Mühəndislik Mərkəzi (MRSEC, qrant DMR-2011924) vasitəsilə Milli Elm Vəqfinin Erkən Karyera Fakültəsi qrantı və İdarə Heyəti tərəfindən dəstəklənib. Qabaqcıl Batareya Materialları Tədqiqat Proqramı (Battery500 Konsorsiumu, müqavilə DE-EE0007764) vasitəsilə ABŞ Enerji Departamentinin Avtomobil Texnologiyaları.Bu iş qismən Milli Elm Fondu (qrant ECCS-1542148) tərəfindən dəstəklənən Milli Nanotexnologiya Əlaqələndirilmiş İnfrastrukturunun üzvü olan UC San Diego-da San Dieqo Nanotexnologiya İnfrastrukturunda (SDNI) yerinə yetirilmişdir.
Göndərmə vaxtı: 10 avqust 2022-ci il