Галоўная / Блог / Інжынеры распрацавалі сепаратар, які стабілізуе газападобныя электраліты, каб зрабіць звышнізкатэмпературныя батарэі больш бяспечнымі

Інжынеры распрацавалі сепаратар, які стабілізуе газападобныя электраліты, каб зрабіць звышнізкатэмпературныя батарэі больш бяспечнымі

20 кастрычніка, 2021

By hoppt

Паводле паведамленняў замежных СМІ, нанаінжынеры з Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Сан-Дыега распрацавалі сепаратар батарэі, які можа служыць бар'ерам паміж катодам і анодам, каб прадухіліць выпарэнне газападобнага электраліта ў батарэі. Новая дыяфрагма прадухіляе назапашванне ўнутранага ціску шторму, прадухіляючы тым самым раздзіманне і выбух батарэі.

Кіраўнік даследавання Чжэн Чэнь, прафесар нанаінжынерыі ў Інжынернай школе Джэйкабса пры Каліфарнійскім універсітэце ў Сан-Дыега, сказаў: «Затрымліваючы малекулы газу, мембрана можа дзейнічаць як стабілізатар для лятучых электралітаў».

Новы сепаратар можа палепшыць прадукцыйнасць батарэі пры звышнізкіх тэмпературах. Акумулятарная батарэя з выкарыстаннем дыяфрагмы можа працаваць пры мінус 40°C, а ёмістасць можа дасягаць 500 міліампер-гадзін на грам, у той час як камерцыйная дыяфрагменная батарэя ў гэтым выпадку мае амаль нулявую магутнасць. Даследчыкі кажуць, што нават калі ён не выкарыстоўваецца на працягу двух месяцаў, ёмістасць батарэі ўсё роўна высокая. Гэты паказчык паказвае, што дыяфрагма таксама можа падоўжыць тэрмін захоўвання. Гэта адкрыццё дазваляе даследчыкам дасягнуць сваёй мэты далей: вырабляць батарэі, якія могуць забяспечваць электрычнасць транспартных сродкаў у ледзяным асяроддзі, такіх як касмічныя караблі, спадарожнікі і глыбакаводныя караблі.

Гэта даследаванне заснавана на даследаванні ў лабараторыі Ін Шырлі Мэн, прафесара нанаінжынерыі ў Каліфарнійскім універсітэце ў Сан-Дыега. У гэтым даследаванні выкарыстоўваецца канкрэтны электраліт звадкаванага газу для распрацоўкі акумулятара, які можа ўпершыню падтрымліваць добрую прадукцыйнасць ва ўмовах мінус 60°C. Сярод іх электраліт звадкаванага газу - гэта газ, які звадкаваны пад дзеяннем ціску і больш устойлівы да нізкіх тэмператур, чым традыцыйныя вадкія электраліты.

Але гэты від электраліта мае дэфект; лёгка пераходзіць з вадкасці ў газ. Чэнь сказаў: "Гэтая праблема з'яўляецца самай вялікай праблемай бяспекі для гэтага электраліта". Ціск неабходна павялічыць, каб кандэнсаваць малекулы вадкасці і падтрымліваць электраліт ў вадкім стане, каб выкарыстоўваць электраліт.

Лабараторыя Чэна супрацоўнічала з Мэнам і Тодам Паскалем, прафесарам нанаінжынерыі ў Каліфарнійскім універсітэце ў Сан-Дыега, каб вырашыць гэтую праблему. Аб'яднаўшы вопыт вылічальных экспертаў, такіх як Паскаль, з такімі даследчыкамі, як Чэнь і Мэн, быў распрацаваны метад для звадкаванасці выпараенага электраліта без хуткага прымянення занадта моцнага ціску. Персанал, згаданы вышэй, звязаны з Цэнтрам даследаванняў матэрыялаў і інжынерыі (MRSEC) Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Сан-Дыега.

Гэты метад запазычаны з фізічнай з'явы, пры якой малекулы газу спантанна кандэнсуюцца, знаходзячыся ў пастцы ў малюсенькіх нана-прасторах. Гэта з'ява называецца капілярнай кандэнсацыяй, якая можа прымусіць газ стаць вадкім пры больш нізкім ціску. Даследчая група выкарыстала гэта з'ява для стварэння сепаратара батарэі, які можа стабілізаваць электраліт ў звышнізкатэмпературных батарэях, электраліта звадкаванага газу з фторметану. Для стварэння мембраны даследчыкі выкарыстоўвалі кіпры крышталічны матэрыял, які называецца металаарганічны каркас (MOF). Унікальная асаблівасць MOF у тым, што яна поўная драбнюткіх пор, якія могуць затрымліваць малекулы газу фторметану і кандэнсаваць іх пры адносна нізкім ціску. Напрыклад, фторметан звычайна сціскаецца пры мінус 30°C і мае сілу 118 psi; але калі выкарыстоўваецца MOF, ціск кандэнсацыі кіпрай пры той жа тэмпературы складае ўсяго 11 фунтаў на квадратны дюйм.

Чэнь сказаў: "Гэты MOF значна зніжае ціск, неабходнае для працы электраліта. Такім чынам, наша батарэя можа забяспечыць вялікую ёмістасць пры нізкіх тэмпературах без дэградацыі". Даследчыкі пратэставалі сепаратар на аснове MOF у літый-іённай батарэі. . Літый-іённы акумулятар складаецца з фторуглеродного катода і металічнага літыевага анода. Ён можа запоўніць яго газападобным фторметановым электралітам пры ўнутраным ціску 70 фунтаў на квадратны дюйм, што значна ніжэй, чым ціск, неабходнае для звадкавання фторметану. Батарэя па-ранейшаму можа падтрымліваць 57% сваёй ёмістасці пакаёвай тэмпературы пры мінус 40°C. Наадварот, пры аднолькавай тэмпературы і ціску магутнасць камерцыйнай батарэі з дыяфрагмай з выкарыстаннем газападобнага электраліта, які змяшчае фторметан, амаль роўная нулю.

Мікрапоры, заснаваныя на сепаратары MOF, з'яўляюцца ключавымі, таму што гэтыя мікрапоры могуць трымаць у батарэі больш электралітаў нават пры паніжаным ціску. Камерцыйная дыяфрагма мае вялікія пары і не можа ўтрымліваць малекулы газападобных электралітаў пры паніжаным ціску. Але мікрапорыстасць - не адзіная прычына, па якой дыяфрагма добра працуе ў гэтых умовах. Дыяфрагма, распрацаваная даследчыкамі, таксама дазваляе порам фармаваць бесперапынны шлях ад аднаго канца да іншага, тым самым гарантуючы, што іёны літыя могуць свабодна працякаць праз дыяфрагму. У выпрабаванні іённая праводнасць батарэі з новай дыяфрагмай пры мінус 40°C у дзесяць разоў перавышае праводнасць акумулятара з камерцыйнай дыяфрагмай.

Каманда Чэня ў цяперашні час тэстуе сепаратары на аснове MOF на іншых электралітах. Чэнь сказаў: «Мы бачылі падобныя эфекты. Выкарыстоўваючы гэты MOF у якасці стабілізатара, розныя малекулы электралітаў могуць быць адсарбаваны для павышэння бяспекі батарэі, у тым ліку традыцыйных літыевых батарэй з лятучымі электралітамі».

блізка_белы
блізка

Пішыце запыт тут

адказ на працягу 6 гадзін, любыя пытанні вітаюцца!

    en English
    X
    [клас^="wpforms-"]
    [клас^="wpforms-"]