طور المهندسون بطاريات الليثيوم أيون التي تعمل بشكل جيد في البرودة الشديدة والحرارة
|
| جامعة كاليفورنيا في سان دييغو |
تتمتع النماذج الأولية بعمر دوران أطول بكثير من بطارية الليثيوم-الكبريت النموذجية.
عندما يتعلق الأمر بتطورات البطارية ، فلا يوجد نقص في الأخبار. من تصميم بطارية يمكن أن يستمر حتى 100 عام إلى بطارية قائمة على الماء يتم إنتاجها بنصف تكلفة بطاريات الليثيوم أيون ، يبدو أن هناك دائمًا شيئًا جديدًا ومثيرًا يحدث في هذا المجال.
الآن ، صمم علماء الهندسة في جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو ، بطاريات ليثيوم أيون جديدة معبأة بالطاقة تعمل على النحو الأمثل في درجات الحرارة الباردة المتجمدة والحارقة ، وفقًا لبيان صادر عن المؤسسة صدر يوم الاثنين.
العمليات في درجات حرارة قصوى
أنت بحاجة إلى تشغيل بدرجة حرارة عالية في المناطق التي يمكن أن تصل فيها درجة الحرارة المحيطة إلى الأرقام الثلاثة وتكون الطرق فيها أكثر سخونة. وأوضح زينج تشين ، أستاذ الهندسة النانوية في كلية الهندسة بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو جاكوبس وكبير مؤلفي الدراسة ، أن حزم البطاريات في السيارات الكهربائية تكون عادةً تحت الأرض ، بالقرب من هذه الطرق الساخنة.
أيضًا ، يتم تسخين البطاريات بمجرد مرور تيار أثناء التشغيل. إذا لم تستطع البطاريات تحمل هذا الاحماء عند درجة حرارة عالية ، فسوف يتدهور أداؤها بسرعة .
أجرى فريق تشين اختبارات على بطاريات النموذج الأولي ووجدوا أنها احتفظت بنسبة 87.5٪ و 115.9٪ من طاقتها عند -40 و 122 فهرنهايت (-40 و 50 درجة مئوية) على التوالي. والأفضل من ذلك ، أفاد الباحثون أن النماذج الأولية تتمتع بكفاءة كولومبية عالية تبلغ 98.2٪ و 98.7٪ في درجات الحرارة هذه ، مما يعني أن البطاريات يمكن أن تخضع لدورات شحن وتفريغ أكثر قبل أن تتوقف عن العمل.
ومع ذلك ، لم يكن تطوير البطاريات الجديدة مهمة سهلة.
قال تشين: إذا كنت تريد بطارية ذات كثافة طاقة عالية ، فإنك تحتاج عادةً إلى استخدام مواد كيميائية شديدة الصعوبة ومعقدة . الطاقة العالية تعني حدوث المزيد من التفاعلات ، مما يعني استقرارًا أقل ، والمزيد من التدهور. إن صنع بطارية عالية الطاقة مستقرة مهمة صعبة بحد ذاتها - محاولة القيام بذلك من خلال نطاق درجات حرارة واسع يمثل تحديًا أكبر .
هندسة إلكتروليت ثنائي بيوتيل الأثير
من أجل تجاوز هذه العقبات ، اخترع الفريق إلكتروليت ثنائي بيوتيل الإيثر وهندسة كاثود الكبريت ليكون أكثر ثباتًا عن طريق تطعيمه في بوليمر لمنع المزيد من الكبريت من الذوبان في الإلكتروليت.
كانت النتيجة النهائية هي بطاريات ذات عمر أطول بكثير للدورة مقارنة ببطارية الليثيوم-الكبريت النموذجية. قال تشين: يساعد المنحل بالكهرباء لدينا على تحسين جانب الكاثود وجانب الأنود مع توفير توصيلية عالية واستقرار بيني .
يمكن للبطاريات الجديدة الآن أن تمكّن السيارات الكهربائية من السفر لمسافة أبعد بشحنة واحدة في المناخات الباردة مع التخفيف أيضًا من الحاجة إلى أنظمة التبريد للحفاظ على حزم بطاريات المركبات من السخونة الزائدة في المناخات الحارة. لكن أولاً ، يحتاج الفريق إلى رفع مستوى كيمياء البطارية ، وتحسينها للعمل في درجات حرارة أعلى ، وإطالة عمر الدورة.
تم نشر الدراسة في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS) .
الملخص:
تم التعرف على قدرة التشغيل في جميع درجات الحرارة المناخية وزيادة كثافة الطاقة كهدفين أساسيين ، ولكن نادرًا ما يتم تحقيقهما معًا في بطاريات الليثيوم (Li) القابلة لإعادة الشحن. هنا ، نوضح نظام الإلكتروليت باستخدام أثير ثنائي بيوتيل أحادي مع نقاط انصهار منخفضة وغليان عالية كمذيب وحيد. يمنح ذوبانه الضعيف بنية إذابة مجمعة وقابلية منخفضة للذوبان تجاه أنواع polysulfide بتركيز إلكتروليت منخفض نسبيًا (2 مول L −1 ). تم العثور على هذه الميزات لتكون حيوية في تجنب نمو التغصنات وتمكين كفاءة Li metal Coulombic بنسبة 99.0٪ و 98.2٪ و 98.7٪ عند 23 درجة مئوية و -40 درجة مئوية و 50 درجة مئوية على التوالي. خلايا الحقيبة التي تستخدم معدن Li رفيع (50 ميكرومتر) وعالي أكريلونيتريل عالي التحميل (3.3 مللي أمبير سم 2 )) كاثودات (نسبة السعة السلبية إلى الموجبة = 2) تنتج 87.5٪ و 115.9٪ من سعة درجة حرارة الغرفة عند -40 درجة مئوية و 50 درجة مئوية ، على التوالي. يوفر هذا العمل معايير تصميم قائمة على المذيبات لنطاق درجة حرارة واسع لخلايا Li-sulfur الحقيبة.
تعليقات
إرسال تعليق