Tha innleadairean air dealaiche a leasachadh a bhios a’ bunailteachadh electrolytes gaseous gus bataraidhean teòthachd ultra-ìosal a dhèanamh nas sàbhailte

A rèir aithisgean meadhanan cèin, tha innleadairean nano aig Oilthigh California San Diego air dealaiche bataraidh a leasachadh a dh’ fhaodadh a bhith na bhacadh eadar an catod agus anod gus casg a chuir air an electrolyte gaseous anns a ’bhataraidh bho bhith a’ gluasad bho bhith a ’falamhachadh. Tha an diaphragm ùr a’ cur casg air cuideam a-staigh na stoirme bho bhith a’ cruinneachadh, agus mar sin a’ cur casg air a’ bhataraidh bho bhith a’ sèideadh agus a’ spreadhadh.

Thuirt an stiùiriche rannsachaidh, Zheng Chen, àrd-ollamh nanoengineering aig Sgoil Innleadaireachd Jacobs aig Oilthigh California, San Diego: “Le bhith a’ glacadh moileciuilean gas, faodaidh an membran a bhith na stabilizer airson electrolytes luaineach. ”

Faodaidh an dealaiche ùr coileanadh bataraidh a leasachadh aig teodhachd ultra-ìosal. Faodaidh an cealla bataraidh a tha a’ cleachdadh an diaphragm obrachadh aig nas lugha na 40 ° C, agus faodaidh an comas a bhith cho àrd ri 500 milliampere uair gach gram, fhad ‘s a tha cumhachd cha mhòr neoni aig a’ bhataraidh diaphragm malairteach sa chùis seo. Tha luchd-rannsachaidh ag ràdh, eadhon ged nach eil e air a chleachdadh airson dà mhìos, tha comas cealla bataraidh fhathast àrd. Tha an coileanadh seo a’ sealltainn gum faod an diaphragm cuideachd am beatha stòraidh a leudachadh. Leigidh an lorg seo le luchd-rannsachaidh an amas a choileanadh nas fhaide: bataraidhean a thoirt gu buil a bheir dealan do charbadan ann an àrainneachdan reòta, leithid soithichean-fànais, saidealan, agus soithichean mara domhainn.

Tha an rannsachadh seo stèidhichte air sgrùdadh ann an obair-lann Ying Shirley Meng, àrd-ollamh nanoengineering aig Oilthigh California, San Diego. Bidh an rannsachadh seo a’ cleachdadh electrolyte gas leaghte sònraichte gus bataraidh a leasachadh a chumas deagh choileanadh ann an àrainneachd nas lugha na 60 ° C airson a’ chiad uair. Nam measg, is e gas a th’ anns an electrolyte gas leaghte le bhith a ’cur cuideam an sàs agus a tha nas seasmhaiche ri teòthachd ìosal na electrolytes leaghaidh traidiseanta.

Ach tha uireasbhaidh aig an seòrsa electrolyte seo; tha e furasta atharrachadh bho leaghan gu gas. Thuirt Chen: “Is e an duilgheadas seo an duilgheadas sàbhailteachd as motha airson an electrolyte seo." Feumar an cuideam àrdachadh gus na moileciuilean leaghaidh a dhlùthadh agus an electrolyte a chumail ann an staid leaghan gus an electrolyte a chleachdadh.

Cho-obraich obair-lann Chen le Meng agus Tod Pascal, àrd-ollamh nanoengineering aig Oilthigh California, San Diego, gus an duilgheadas seo fhuasgladh. Le bhith a’ cothlamadh eòlas eòlaichean coimpiutaireachd leithid Pascal le luchd-rannsachaidh leithid Chen agus Meng, chaidh dòigh a leasachadh gus an electrolyte vaporized a lionnachadh gun a bhith a’ cur cus cuideam an sàs gu sgiobalta. Tha an luchd-obrach a tha air an ainmeachadh gu h-àrd ceangailte ris an Ionad Sgrùdaidh Stuthan Saidheans agus Innleadaireachd (MRSEC) aig Oilthigh California, San Diego.

Tha an dòigh seo a’ faighinn iasad bho iongantas fiosaigeach anns am bi moileciuilean gas a’ dùmhlachadh gu sporsail nuair a tha iad glaiste ann an àiteachan beaga bìodach nano-sgèile. Canar dùmhlachd capillary ris an iongantas seo, a bheir air a’ ghas fàs leaghan aig cuideam nas ìsle. Chleachd an sgioba rannsachaidh an t-iongantas seo gus dealaiche bataraidh a thogail a dh'fhaodas an electrolyte a dhèanamh seasmhach ann am bataraidhean teòthachd ultra-ìosal, electrolyte gas leaghte air a dhèanamh le gas fluoromethane. Chleachd an luchd-rannsachaidh stuth criostalach porous ris an canar frèam meatailt-organach (MOF) gus an membran a chruthachadh. Is e an rud sònraichte mu MOF gu bheil e làn de phòlaichean beaga bìodach, a dh’ fhaodas moileciuilean gas fluoromethane a ghlacadh agus an teannachadh aig cuideam an ìre mhath ìosal. Mar eisimpleir, mar as trice bidh fluoromethane a’ crìonadh aig nas lugha na 30 ° C agus tha feachd de 118 psi aige; ach ma thèid MOF a chleachdadh, chan eil an cuideam dùmhlachd porous aig an aon teòthachd ach 11 psi.

Thuirt Chen: "Tha am MOF seo a 'lùghdachadh gu mòr an cuideam a dh' fheumar airson an electrolyte a bhith ag obair. Mar sin, faodaidh ar bataraidh comas mòr a thoirt seachad aig teòthachd ìseal gun a bhith a 'crìonadh." Rinn an luchd-rannsachaidh deuchainn air dealaiche stèidhichte air MOF ann am bataraidh lithium-ion. . Tha bataraidh lithium-ion air a dhèanamh suas de chatod fluorocarbon agus anod meatailt lithium. Faodaidh e a lìonadh le electrolyte fluoromethane gaseous aig cuideam a-staigh de 70 psi, fada nas ìsle na an cuideam a tha riatanach airson fluoromethane liquefying. Faodaidh am bataraidh fhathast 57% de chomas teòthachd an t-seòmair aige a chumail aig minus 40 ° C. An coimeas ri sin, aig an aon teòthachd agus cuideam, tha cumhachd bataraidh diaphragm malairteach a’ cleachdadh electrolyte gaseous anns a bheil fluoromethane cha mhòr neoni.

Is e na micropores a tha stèidhichte air an dealaiche MOF an iuchair oir is urrainn dha na micropores sin barrachd electrolytes a chumail a ’sruthadh anns a’ bhataraidh eadhon fo chuideam nas lugha. Tha pòlaichean mòra aig an diaphragm malairteach agus chan urrainn dha moileciuilean gaseous electrolyte a chumail fo chuideam nas lugha. Ach chan e microporosity an aon adhbhar gu bheil an diaphragm ag obair gu math fo na cumhaichean sin. Tha an diaphragm air a dhealbhadh leis an luchd-rannsachaidh cuideachd a’ leigeil leis na pòlaichean slighe leantainneach a chruthachadh bho aon cheann gu ceann eile, agus mar sin a’ dèanamh cinnteach gun urrainn dha ions lithium sruthadh gu saor tron ​​diaphragm. Anns an deuchainn, tha giùlan ionic a ’bhataraidh a’ cleachdadh an diaphragm ùr aig minus 40 ° C deich uiread nas àirde na a ’bhataraidh a’ cleachdadh an diaphragm malairteach.

Tha sgioba Chen an-dràsta a’ dèanamh deuchainn air dealadairean stèidhichte air MOF air electrolytes eile. Thuirt Chen: "Chunnaic sinn buaidhean co-chosmhail. Le bhith a’ cleachdadh an MOF seo mar stàball, faodar grunn mholacilean electrolyte a shanasachadh gus sàbhailteachd bataraidh a leasachadh, a’ toirt a-steach bataraidhean lithium traidiseanta le electrolytes luaineach."