Endezyarên Zanîngeha Kalîforniyayê San Diego bataryayên lîtium-ion pêş xistine ku di sermaya sar û germa germ de baş tevdigerin, di heman demê de gelek enerjiyê berhev dikin.Lekolînwanan ev serfirazî bi pêşxistina elektrolîtek ku ne tenê li seranserê germahiyek fireh piralî û bihêz e, lê di heman demê de bi anod û katodek enerjiya bilind re jî hevaheng e, pêk anîn.
Pîlên germ-berxwedêrdi kaxezek ku hefteya 4ê Tîrmehê di Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) de hatî weşandin de têne diyar kirin.
Batteriesên weha dikarin rê bidin ku wesayîtên elektrîkê yên li avhewa sar bi yek barkirinê dûrtir biçin;Di heman demê de ew dikarin hewcedariya pergalên sarkirinê kêm bikin da ku pakêtên bataryayên wesayîtan di avhewa germ de zêde germ nekin, got Zheng Chen, profesorê nanoendezyariyê li Dibistana Endezyariyê ya UC San Diego Jacobs û nivîskarê payebilind ê lêkolînê.
"Pêdiviya we bi operasyona germahiya bilind li deverên ku germahiya hawîrdorê dikare bigihîje sê reqeman û rê hê germtir dibin.Di wesayîtên elektrîkê de, pakêtên bataryayê bi gelemperî di binê erdê de ne, li nêzî van riyên germ, "got Chen, ku di heman demê de endamê fakulteya Navenda Hêz û Enerjiyê ya Berdewam a UC San Diego ye."Di heman demê de, bataryayên tenê ji ber ku di dema xebatê de derbas dibe germ dibin.Ger bataryayên nikaribin vê germbûna di germahiya bilind de tehemûl bikin, performansa wan dê zû xirab bibe."
Di ceribandinan de, bataryayên îsbatkirî 87,5% û 115,9% kapasîteya enerjiya xwe bi rêzê li -40 û 50 C (-40 û 122 F) diparêzin.Di heman demê de wan di van germahiyê de bi rêzdarî bi 98,2% û 98,7% karîgeriyên Coulombî yên bilind jî hebûn, ku tê vê wateyê ku pîlê dikarin berî ku ew kar rawestînin zêdetir çerxên barkirin û dakêşanê derbas bikin.
Pîlên ku Chen û hevkarên xwe pêş xistine bi saya elektrolîta xwe hem serma û hem jî li germahiyê tolerans in.Ew ji çareseriyek şil a dibutyl ether a ku bi xwêya lîtiumê re têkel tê çêkirin.Taybetmendiyek di derbarê dibutyl ether de ev e ku molekulên wê qels bi îyonên lîtiumê ve girêdidin.Bi gotineke din, molekulên elektrolîtê dikarin bi hêsanî dev ji îyonên lîtium berdin dema ku pîlê dimeşîne.Ev pêwendiya molekulî ya qels, lêkolîneran di lêkolînek berê de keşif kiribû, performansa bataryayê di germahiyên jêr sifir de çêtir dike.Zêdeyî, dibutyl ether dikare bi hêsanî germê bigire ji ber ku ew di germahiyên bilind de şil dimîne (ew xala kelandinê 141 C, an 286 F heye).
Stabilîzekirina kîmyayên lîtium-sulfurê
Tiştê ku di derbarê vê elektrolîtê de jî taybet e ev e ku ew bi batîlêya lîtium-sulfurê re hevaheng e, ku celebek pîlê şarjê ye ku xwedî anodek ji metalê lîtium û katodek ji kelûmê ye.Pîlên lîtium-sulfurê parçeyek bingehîn a teknolojiyên bataryayê yên nifşa nû ne ji ber ku ew soza enerjiyê ya bilind û lêçûnên kêmtir didin.Ew dikarin her kîloyê du qat zêdetir enerjiyê ji bataryayên lîtium-ionê yên îroyîn hilînin - ev dikare rêjeya wesayîtên elektrîkî du qat bike bêyî ku giraniya pakêta pîlê zêde bibe.Di heman demê de, sulfur ji kobaltê ku di katodên bataryayê yên kevneşopî yên lîtium-ion de tê bikar anîn pirtir û kêmtir pirsgirêk e.
Lê di bataryayên lîtium-sulfurê de pirsgirêk hene.Hem katod û hem jî anode super reaktîf in.Katodên sulfur ew qas reaktîf in ku di dema xebata pîlê de dihelin.Ev pirsgirêk di germên bilind de xirabtir dibe.Û anodên metal ên lîtiumê mêldarê avakirina strukturên mîna derziyê yên bi navê dendrit in ku dikarin perçeyên pîlê qul bikin, û bibin sedema qutbûna wê.Wekî encamek, bataryayên lîtium-sulfurê tenê bi dehan dor didomînin.
Chen got, "Heke hûn bataryek bi dendika enerjiya bilind dixwazin, hûn bi gelemperî hewce ne ku kîmya pir hişk, tevlihev bikar bînin.""Enerjiya bilind tê vê wateyê ku bêtir reaksiyonên diqewimin, ku tê vê wateyê ku aramî kêmtir, bêtir hilweşandin.Çêkirina bataryayek bi enerjiya bilind a ku stabîl e bi xwe karekî dijwar e - hewldana kirina vê yekê bi navgînek germahiyek berfireh hîn dijwartir e."
Elektrolîta dibutyl ether ku ji hêla tîmê UC San Diego ve hatî pêşve xistin van pirsgirêkan diparêze, tewra di germahiyên bilind û nizm de.Pîlên ku wan ceribandibûn ji bataryayên lîtium-sulfurê yên tîpîk jiyana bisiklêtan pir dirêjtir bûn.Chen got, "Elektrolîta me hem alî katodê û hem jî aliyê anodê baştir dike, di heman demê de rêwerziya bilind û aramiya navberê peyda dike."
Tîmê di heman demê de katoda sulfurê jî endezyar kir ku bi neqlêkirina wê bi polîmerek aramtir be.Ev nahêle ku bêtir sulfur di nav elektrolîtê de hilweşe.
Pêngavên paşîn mezinkirina kîmya bataryayê, xweşbînkirina wê ku di germahiyên hîn bilindtir de bixebite û bêtir dirêjkirina jiyana çerxê pêk tîne.
Kaxez: "Prîterên hilbijartinê yên çareserker ji bo bataryayên lîtium-sulfurê yên berxwedêr ên germahiyê."Hev-nivîskar Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal û Ping Liu, hemî li UC San Diego hene.
Ev xebat ji hêla Bernameya Grantên Lêkolînê yên Teknolojiya Fezayê ya NASA-yê (ECF 80NSSC18K1512), Weqfa Zanistî ya Neteweyî bi navgîniya Navenda Zanist û Endezyariyê ya Lêkolînê ya Materyalên UC San Diego (MRSEC, grant DMR-2011924) ve hate piştgirî kirin. Teknolojiyên Wesayîtê yên Wezareta Enerjiyê ya Dewletên Yekbûyî bi Bernameya Lêkolînê ya Materyalên Battery Pêşketî (Battery500 Consortium, peyman DE-EE0007764).Ev kar beşek li Binesaziya Nanoteknolojiya San Diego (SDNI) li UC San Diego, endamek Binesaziya Hevrêziya Nanoteknolojiya Neteweyî, ku ji hêla Weqfa Zanistiya Neteweyî ve tê piştgirî kirin (drav ECCS-1542148) hate kirin.
Dema şandinê: Tebax-10-2022