By hoppt
Potrivit rapoartelor presei străine, nanoinginerii de la Universitatea din California San Diego au dezvoltat un separator de baterie care poate acționa ca o barieră între catod și anod pentru a preveni vaporizarea electrolitului gazos din baterie. Noua diafragmă previne acumularea presiunii interne a furtunii, prevenind astfel umflarea și explozia bateriei.
Liderul cercetării, Zheng Chen, profesor de nanoinginerie la Jacobs School of Engineering de la Universitatea din California, San Diego, a declarat: „Prin captarea moleculelor de gaz, membrana poate acționa ca un stabilizator pentru electroliții volatili”.
Noul separator poate îmbunătăți performanța bateriei la temperaturi foarte scăzute. Celula bateriei care utilizează diafragma poate funcționa la minus 40°C, iar capacitatea poate fi de până la 500 de miliamperi ore pe gram, în timp ce bateria comercială cu diafragmă are putere aproape zero în acest caz. Cercetătorii spun că, chiar dacă este lăsat nefolosit timp de două luni, capacitatea celulei bateriei este încă mare. Această performanță arată că diafragma poate prelungi și durata de viață de depozitare. Această descoperire le permite cercetătorilor să-și atingă scopul în continuare: să producă baterii care pot furniza energie electrică pentru vehicule în medii înghețate, cum ar fi nave spațiale, sateliți și nave de adâncime.
Această cercetare se bazează pe un studiu în laboratorul lui Ying Shirley Meng, profesor de nanoinginerie la Universitatea din California, San Diego. Această cercetare folosește un anumit electrolit de gaz lichefiat pentru a dezvolta o baterie care poate menține o performanță bună într-un mediu minus 60°C pentru prima dată. Dintre acestea, electrolitul de gaz lichefiat este un gaz care se lichefiază prin aplicarea presiunii și este mai rezistent la temperaturi scăzute decât electroliții lichizi tradiționali.
Dar acest tip de electrolit are un defect; se trece usor de la lichid la gaz. Chen a spus: „Această problemă este cea mai mare problemă de siguranță pentru acest electrolit”. Presiunea trebuie crescută pentru a condensa moleculele lichide și pentru a menține electrolitul în stare lichidă pentru a utiliza electrolitul.
Laboratorul lui Chen a colaborat cu Meng și Tod Pascal, profesor de nanoinginerie la Universitatea din California, San Diego, pentru a rezolva această problemă. Combinând expertiza experților în calcul precum Pascal cu cercetători precum Chen și Meng, a fost dezvoltată o metodă pentru a lichefia electrolitul vaporizat fără a aplica prea multă presiune rapid. Personalul menționat mai sus este afiliat la Centrul de Știință și Inginerie de Cercetare a Materialelor (MRSEC) al Universității din California, San Diego.
Această metodă împrumută dintr-un fenomen fizic în care moleculele de gaz se condensează spontan atunci când sunt prinse în spații mici la scară nanometrică. Acest fenomen se numește condensare capilară, care poate face ca gazul să devină lichid la o presiune mai mică. Echipa de cercetare a folosit acest fenomen pentru a construi un separator de baterie care poate stabiliza electrolitul din bateriile cu temperatură ultra joasă, un electrolit de gaz lichefiat format din gaz fluormetan. Cercetătorii au folosit un material cristalin poros numit cadru metal-organic (MOF) pentru a crea membrana. Lucrul unic despre MOF este că este plin de pori mici, care pot prinde molecule de gaz fluormetan și le pot condensa la presiune relativ scăzută. De exemplu, fluormetanul se micșorează de obicei la minus 30°C și are o forță de 118 psi; dar dacă se folosește MOF, presiunea de condensare a poroaselor la aceeași temperatură este de numai 11 psi.
Chen a spus: „Acest MOF reduce semnificativ presiunea necesară pentru ca electrolitul să funcționeze. Prin urmare, bateria noastră poate oferi o cantitate mare de capacitate la temperaturi scăzute, fără degradare”. Cercetătorii au testat un separator pe bază de MOF într-o baterie cu litiu-ion. . Bateria litiu-ion constă dintr-un catod cu fluorocarbon și un anod cu litiu metalic. Îl poate umple cu un electrolit de fluormetan gazos la o presiune internă de 70 psi, mult mai mică decât presiunea necesară pentru lichefierea fluormetanului. Bateria poate menține în continuare 57% din capacitatea sa la temperatura camerei la minus 40°C. În schimb, la aceeași temperatură și presiune, puterea unei baterii comerciale cu diafragmă care utilizează un electrolit gazos care conține fluormetan este aproape zero.
Microporii bazați pe separatorul MOF sunt cheia, deoarece acești micropori pot menține mai mulți electroliți să curgă în baterie chiar și la presiune redusă. Diafragma comercială are pori mari și nu poate reține moleculele de electrolit gazos sub presiune redusă. Dar microporozitatea nu este singurul motiv pentru care diafragma funcționează bine în aceste condiții. Diafragma concepută de cercetători permite, de asemenea, porilor să formeze o cale continuă de la un capăt la altul, asigurând astfel că ionii de litiu pot curge liber prin diafragmă. În test, conductivitatea ionică a bateriei care utilizează noua diafragmă la minus 40°C este de zece ori mai mare decât a bateriei care utilizează diafragma comercială.
Echipa lui Chen testează în prezent separatoare pe bază de MOF pe alți electroliți. Chen a spus: „Am văzut efecte similare. Prin utilizarea acestui MOF ca stabilizator, diferite molecule de electroliți pot fi adsorbite pentru a îmbunătăți siguranța bateriei, inclusiv bateriile tradiționale cu litiu cu electroliți volatili”.
Răspundeți în 6 ore, orice întrebări sunt binevenite!
