Awọn onimọ-ẹrọ ni Yunifasiti ti California San Diego ti ṣe agbekalẹ awọn batiri lithium-ion ti o ṣiṣẹ daradara ni otutu otutu ati awọn iwọn otutu gbigbona, lakoko iṣakojọpọ agbara pupọ.Awọn oniwadi ṣaṣeyọri iṣẹ yii nipa didagbasoke elekitiroti kan ti kii ṣe wapọ ati logan jakejado iwọn otutu jakejado, ṣugbọn tun ni ibamu pẹlu anode agbara giga ati cathode.
Awọn batiri resilient otututi wa ni apejuwe ninu iwe ti a tẹjade ni ọsẹ ti Keje 4 ni Awọn ilana ti Ile-ẹkọ giga ti Orilẹ-ede ti Awọn sáyẹnsì (PNAS).
Awọn batiri bẹẹ le jẹ ki awọn ọkọ ayọkẹlẹ ina ni awọn oju-ọjọ tutu lati rin irin-ajo siwaju sii lori idiyele kan;wọn tun le dinku iwulo fun awọn eto itutu agbaiye lati tọju awọn akopọ batiri ti awọn ọkọ lati gbigbona ni awọn iwọn otutu gbona, Zheng Chen sọ, olukọ ọjọgbọn ti nanoengineering ni UC San Diego Jacobs School of Engineering ati akọwe agba ti iwadii naa.
“O nilo iṣẹ iwọn otutu giga ni awọn agbegbe nibiti iwọn otutu ibaramu le de ọdọ awọn nọmba mẹta ati awọn opopona paapaa gbona.Ninu awọn ọkọ ina mọnamọna, awọn idii batiri jẹ deede labẹ ilẹ, sunmọ awọn ọna gbigbona wọnyi, ”Chen salaye, ẹniti o tun jẹ ọmọ ẹgbẹ olukọ ti UC San Diego Sustainable Power and Energy Center.“Pẹlupẹlu, awọn batiri gbona o kan lati ni ṣiṣe lọwọlọwọ lakoko iṣẹ.Ti awọn batiri ko ba le farada igbona yii ni iwọn otutu giga, iṣẹ wọn yoo dinku ni kiakia. ”
Ninu awọn idanwo, awọn batiri ẹri-ti-ero ni idaduro 87.5% ati 115.9% ti agbara agbara wọn ni -40 ati 50 C (-40 ati 122 F), lẹsẹsẹ.Wọn tun ni awọn iṣẹ ṣiṣe Coulombic giga ti 98.2% ati 98.7% ni awọn iwọn otutu wọnyi, ni atele, eyiti o tumọ si pe awọn batiri le gba idiyele diẹ sii ati awọn iyipo idasilẹ ṣaaju ki wọn da iṣẹ duro.
Awọn batiri ti Chen ati awọn ẹlẹgbẹ ni idagbasoke jẹ mejeeji tutu ati ifarada ooru ọpẹ si elekitiroti wọn.O jẹ ojutu omi ti dibutyl ether ti a dapọ pẹlu iyo lithium kan.Ẹya pataki kan nipa dibutyl ether ni pe awọn ohun elo rẹ so di alailagbara si awọn ions lithium.Ni awọn ọrọ miiran, awọn ohun elo elekitiroli le ni irọrun jẹ ki awọn ions litiumu lọ ni irọrun bi batiri naa ti n ṣiṣẹ.Ibaraẹnisọrọ molikula alailagbara yii, awọn oniwadi ti ṣe awari ninu iwadi iṣaaju, ṣe ilọsiwaju iṣẹ batiri ni awọn iwọn otutu-odo.Pẹlupẹlu, ether dibutyl le ni irọrun mu ooru nitori pe o duro ni omi ni awọn iwọn otutu giga (o ni aaye farabale ti 141 C, tabi 286 F).
Awọn kemistri litiumu-sulfur imuduro
Ohun ti o tun jẹ pataki nipa elekitiroti yii ni pe o ni ibamu pẹlu batiri lithium-sulfur, eyiti o jẹ iru batiri ti o gba agbara ti o ni anode ti irin lithium ati cathode ti a ṣe ti imi-ọjọ.Awọn batiri litiumu-sulfur jẹ apakan pataki ti awọn imọ-ẹrọ batiri ti o tẹle nitori wọn ṣe ileri awọn iwuwo agbara giga ati awọn idiyele kekere.Wọn le fipamọ to awọn igba meji diẹ sii agbara fun kilogram ju awọn batiri lithium-ion ti ode oni - eyi le ṣe ilọpo meji ibiti awọn ọkọ ayọkẹlẹ ina laisi ilosoke eyikeyi ninu iwuwo idii batiri naa.Pẹlupẹlu, imi-ọjọ jẹ lọpọlọpọ ati pe ko ni iṣoro si orisun ju koluboti ti a lo ninu awọn cathodes batiri lithium-ion ibile.
Ṣugbọn awọn iṣoro wa pẹlu awọn batiri litiumu-sulfur.Mejeeji cathode ati anode jẹ ifaseyin to gaju.Sulfur cathodes jẹ ifaseyin ti wọn tu lakoko iṣẹ batiri.Ọrọ yii buru si ni awọn iwọn otutu giga.Ati awọn anodes irin litiumu jẹ itara lati ṣe awọn ẹya abẹrẹ ti o dabi abẹrẹ ti a pe ni dendrites ti o le gun awọn apakan batiri naa, ti o fa ki o lọ si kukuru.Bi abajade, awọn batiri litiumu-sulfur nikan ṣiṣe to awọn mewa ti awọn iyipo.
“Ti o ba fẹ batiri ti o ni iwuwo agbara giga, o nilo igbagbogbo lati lo kemistri lile, idiju,” Chen sọ.“Agbara giga tumọ si pe awọn aati diẹ sii n ṣẹlẹ, eyiti o tumọ si iduroṣinṣin diẹ sii, ibajẹ diẹ sii.Ṣiṣe batiri ti o ni agbara giga ti o duro jẹ iṣẹ ṣiṣe ti o nira funrarẹ - igbiyanju lati ṣe eyi nipasẹ iwọn otutu jakejado paapaa nija paapaa. ”
Dibutyl ether electrolyte ti o dagbasoke nipasẹ ẹgbẹ UC San Diego ṣe idiwọ awọn ọran wọnyi, paapaa ni awọn iwọn otutu giga ati kekere.Awọn batiri ti wọn ṣe idanwo ni awọn igbesi aye gigun kẹkẹ gigun pupọ ju batiri lithium-sulfur aṣoju lọ."Wa elekitiroti ṣe iranlọwọ lati mu mejeji awọn cathode ẹgbẹ ati anode ẹgbẹ nigba ti pese ga conductivity ati interfacial iduroṣinṣin," wi Chen.
Ẹgbẹ naa tun ṣe atunṣe cathode imi-ọjọ lati wa ni iduroṣinṣin diẹ sii nipa gbigbe si polima kan.Eyi ṣe idiwọ imi-ọjọ diẹ sii lati tuka sinu elekitiroti.
Awọn igbesẹ ti o tẹle pẹlu igbelosoke kemistri batiri, jijẹ ki o ṣiṣẹ ni awọn iwọn otutu ti o ga paapaa ati gigun igbesi aye gigun siwaju.
Iwe: “Awọn ilana yiyan ojutu fun awọn batiri lithium-sulfur-resilienti otutu.”Awọn onkọwe pẹlu Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal ati Ping Liu, gbogbo wọn ni UC San Diego.
Iṣẹ yii ni atilẹyin nipasẹ Ẹbun Olukọ Iṣẹ Ibẹrẹ lati ọdọ Eto Awọn ifunni Imọ-ẹrọ Imọ-ẹrọ Space NASA (ECF 80NSSC18K1512), National Science Foundation nipasẹ UC San Diego Ohun elo Iwadi Imọ-ẹrọ ati Ile-iṣẹ Imọ-ẹrọ (MRSEC, fifun DMR-2011924), ati Ọfiisi ti Awọn Imọ-ẹrọ Ọkọ ti Ẹka Agbara AMẸRIKA nipasẹ Eto Iwadi Awọn ohun elo Batiri To ti ni ilọsiwaju (Battery500 Consortium, adehun DE-EE0007764).Iṣẹ yii ni a ṣe ni apakan ni San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) ni UC San Diego, ọmọ ẹgbẹ ti National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, eyiti o jẹ atilẹyin nipasẹ National Science Foundation (fifun ECCS-1542148).
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu Kẹjọ-10-2022