Insinyur ing Universitas California San Diego wis ngembangake baterei lithium-ion sing bisa nindakake kanthi apik ing suhu sing adhem lan panas, nalika ngemas akeh energi.Peneliti ngrampungake prestasi iki kanthi ngembangake elektrolit sing ora mung serbaguna lan kuat ing sawetara suhu sing amba, nanging uga kompatibel karo anoda lan katoda energi dhuwur.
Baterei sing tahan suhuditerangake ing makalah sing diterbitake minggu 4 Juli ing Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional (PNAS).
Baterei kasebut bisa ngidini kendaraan listrik ing iklim adhem bisa lelungan luwih adoh kanthi biaya siji;padha uga bisa ngurangi perlu kanggo sistem cooling kanggo njaga ngemas baterei kendaraan saka overheating ing iklim panas, ngandika Zheng Chen, profesor nanoengineering ing UC San Diego Jacobs School of Engineering lan penulis senior sinau.
"Sampeyan mbutuhake operasi suhu dhuwur ing wilayah sing suhu sekitar bisa tekan telung digit lan dalan dadi luwih panas.Ing kendaraan listrik, paket baterei biasane ana ing ngisor lantai, cedhak karo dalan panas iki, "jelas Chen, sing uga anggota fakultas UC San Diego Sustainable Power and Energy Center."Uga, baterei dadi panas mung amarga ana arus listrik sajrone operasi.Yen baterei ora bisa ngidinke pemanasan iki ing suhu dhuwur, kinerja bakal cepet mudhun.
Ing tes, baterei bukti-konsep nahan 87,5% lan 115,9% saka kapasitas energi ing -40 lan 50 C (-40 lan 122 F), mungguh.Dheweke uga duwe efisiensi Coulombic sing dhuwur yaiku 98.2% lan 98.7% ing suhu kasebut, tegese baterei bisa ngalami siklus pangisi daya lan discharge luwih akeh sadurunge mandheg kerja.
Baterei sing dikembangake Chen lan kanca-kancane uga tahan kadhemen lan panas amarga elektrolit.Iki digawe saka larutan dibutil eter cair sing dicampur karo uyah litium.Fitur khusus babagan dibutyl ether yaiku molekul-molekule ikatan lemah karo ion litium.Ing tembung liyane, molekul elektrolit bisa gampang ngeculake ion lithium nalika baterei mlaku.Interaksi molekuler sing ringkih iki, sing ditemokake para peneliti ing panaliten sadurunge, nambah kinerja baterei ing suhu sub-nol.Kajaba iku, dibutil eter bisa gampang njupuk panas amarga tetep cair ing suhu dhuwur (titik didih 141 C, utawa 286 F).
Stabilisasi kimia litium-sulfur
Sing khusus babagan elektrolit iki yaiku kompatibel karo baterei lithium-sulfur, yaiku jinis baterei sing bisa diisi ulang sing duwe anoda sing digawe saka logam lithium lan katoda sing digawe saka belerang.Baterei litium-sulfur minangka bagéyan penting saka teknologi baterei generasi sabanjure amarga njanjeni kapadhetan energi sing luwih dhuwur lan biaya sing luwih murah.Padha bisa nyimpen nganti kaping pindho energi saben kilogram saka baterei lithium-ion saiki - iki bisa pindho sawetara kendaraan listrik tanpa nambah bobot saka Pack baterei.Uga, belerang luwih akeh lan kurang masalah kanggo sumber tinimbang kobalt sing digunakake ing katoda baterei lithium-ion tradisional.
Nanging ana masalah karo baterei lithium-sulfur.Katoda lan anoda super reaktif.Katoda belerang reaktif banget nganti larut sajrone operasi baterei.Masalah iki dadi luwih elek ing suhu dhuwur.Lan anoda logam litium rentan kanggo mbentuk struktur kaya jarum sing disebut dendrit sing bisa nusuk bagean baterei, nyebabake sirkuit cendhak.Akibaté, baterei lithium-sulfur mung tahan nganti puluhan siklus.
"Yen sampeyan pengin baterei karo Kapadhetan energi dhuwur, sampeyan biasane kudu nggunakake banget atos, kimia rumit," ngandika Chen."Energi dhuwur tegese luwih akeh reaksi sing kedadeyan, tegese kurang stabilitas, luwih degradasi.Nggawe baterei kanthi energi dhuwur sing stabil minangka tugas sing angel dhewe - nyoba nindakake iki liwat sawetara suhu sing amba malah luwih tantangan.
Elektrolit dibutil eter sing dikembangake dening tim UC San Diego nyegah masalah kasebut, sanajan ing suhu dhuwur lan kurang.Baterei sing dites umure luwih dawa tinimbang baterei lithium-sulfur."Elektrolit kita mbantu nambah sisih katoda lan sisih anoda nalika nyedhiyakake konduktivitas dhuwur lan stabilitas antarmuka," ujare Chen.
Tim kasebut uga direkayasa katoda belerang dadi luwih stabil kanthi disambungake menyang polimer.Iki nyegah luwih akeh belerang saka dissolving menyang elektrolit.
Langkah-langkah sabanjure kalebu nggedhekake kimia baterei, ngoptimalake supaya bisa digunakake ing suhu sing luwih dhuwur lan nambah umur siklus.
Kertas: "Kriteria pilihan pelarut kanggo baterei lithium-sulfur sing tahan suhu."Co-penulis kalebu Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal lan Ping Liu, kabeh ing UC San Diego.
Karya iki didhukung dening hibah Fakultas Karir Awal saka NASA's Space Technology Research Grants Program (ECF 80NSSC18K1512), National Science Foundation liwat UC San Diego Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC, grant DMR-2011924), lan Office of Teknologi Kendaraan saka Departemen Energi AS liwat Program Riset Bahan Baterei Lanjut (Konsorsium Baterai500, kontrak DE-EE0007764).Karya iki ditindakake sebagian ing San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) ing UC San Diego, anggota saka National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, sing didhukung dening National Science Foundation (grant ECCS-1542148).
Wektu kirim: Aug-10-2022