Awọn onimọ-ẹrọ ti ṣe agbekalẹ oluyapa kan ti o ṣe iduro awọn elekitiroti gaseous lati jẹ ki awọn batiri otutu otutu kekere jẹ ailewu

Gẹgẹbi awọn ijabọ media ajeji, awọn onimọ-ẹrọ nano ni Ile-ẹkọ giga ti California San Diego ti ṣe agbekalẹ ipinya batiri kan ti o le ṣiṣẹ bi idena laarin cathode ati anode lati ṣe idiwọ elekitiroti gaseous ninu batiri lati di pupọ. Diaphragm tuntun n ṣe idiwọ titẹ inu ti iji lati ikojọpọ, nitorinaa idilọwọ batiri lati wiwu ati bugbamu.

Oludari iwadi, Zheng Chen, olukọ ọjọgbọn ti nanoengineering ni Jacobs School of Engineering ni University of California, San Diego, sọ pe: "Nipa titẹ awọn ohun elo gaasi, awọ-ara naa le ṣiṣẹ bi imuduro fun awọn elekitiroti ti o ni iyipada."

Iyapa tuntun le mu iṣẹ batiri dara si ni awọn iwọn otutu-kekere. Foonu batiri ti o nlo diaphragm le ṣiṣẹ ni iyokuro 40 ° C, ati pe agbara le ga to awọn wakati milliampere 500 fun giramu, lakoko ti batiri diaphragm ti iṣowo ti fẹrẹẹ jẹ agbara odo ninu ọran yii. Awọn oniwadi sọ pe paapaa ti a ko ba lo fun oṣu meji, agbara sẹẹli naa tun ga. Išẹ yii fihan pe diaphragm tun le fa igbesi aye ipamọ sii. Awari yii ngbanilaaye awọn oniwadi lati ṣaṣeyọri ibi-afẹde wọn siwaju sii: lati ṣe awọn batiri ti o le pese ina mọnamọna fun awọn ọkọ ayọkẹlẹ ni awọn agbegbe yinyin, gẹgẹbi awọn ọkọ ofurufu, awọn satẹlaiti, ati awọn ọkọ oju omi ti o jinlẹ.

Iwadi yii da lori iwadi kan ninu yàrá ti Ying Shirley Meng, olukọ ọjọgbọn ti nanoengineering ni University of California, San Diego. Iwadi yii nlo elekitirolyte gaasi olomi kan pato lati ṣe agbekalẹ batiri kan ti o le ṣetọju iṣẹ to dara ni agbegbe iyokuro 60°C fun igba akọkọ. Lara wọn, awọn elekitiroti gaasi olomi jẹ gaasi ti o jẹ liquefied nipasẹ titẹ titẹ ati pe o ni sooro diẹ sii si awọn iwọn otutu kekere ju awọn elekitiroli olomi ibile lọ.

Ṣugbọn iru elekitiroti yii ni abawọn; o rọrun lati yipada lati omi si gaasi. Chen sọ pe: "Iṣoro yii jẹ ọrọ aabo ti o tobi julọ fun elekitiroti yii." Awọn titẹ nilo lati wa ni pọ lati condense awọn omi moleku ati ki o pa awọn elekitiroti ni kan omi ipo lati lo elekitiroti.

Ile-iṣẹ yàrá Chen ṣe ifowosowopo pẹlu Meng ati Tod Pascal, olukọ ọjọgbọn ti nanoengineering ni University of California, San Diego, lati yanju iṣoro yii. Nipa pipọpọ ọgbọn ti awọn amoye iširo gẹgẹbi Pascal pẹlu awọn oniwadi bii Chen ati Meng, ọna kan ti ni idagbasoke lati fi omi ṣan elekitiroti ti o rọ laisi lilo titẹ pupọ ni kiakia. Awọn eniyan ti a mẹnuba loke wa ni asopọ pẹlu Imọ-ẹrọ Iwadi Ohun elo ati Ile-iṣẹ Imọ-ẹrọ (MRSEC) ti University of California, San Diego.

Ọna yii n yawo lati inu iṣẹlẹ ti ara kan ninu eyiti awọn ohun elo gaasi di di lẹẹkọọkan nigbati wọn ba idẹkùn ni awọn aaye iwọn nano kekere. Iṣẹlẹ yii ni a pe ni isunmọ capillary, eyiti o le jẹ ki gaasi di omi ni titẹ kekere. Ẹgbẹ oniwadi naa lo iṣẹlẹ yii lati ṣe ipinya batiri kan ti o le mu elekitiroti duro ni awọn batiri otutu otutu-kekere, elekitiroli gaasi olomi ti a ṣe ti gaasi fluoromethane. Awọn oniwadi naa lo ohun elo kirisita ti o ni la kọja ti a npe ni ilana irin-Organic (MOF) lati ṣẹda awọ ara. Ohun alailẹgbẹ nipa MOF ni pe o kun fun awọn pores kekere, eyiti o le di awọn ohun elo gaasi fluoromethane ati ki o di wọn ni titẹ kekere diẹ. Fun apẹẹrẹ, fluoromethane maa n dinku ni iyokuro 30 ° C ati pe o ni agbara ti 118 psi; ṣugbọn ti o ba ti MOF ti lo, awọn condensation titẹ ti la kọja iwọn otutu jẹ nikan 11 psi.

Chen sọ pe: "MOF yii ṣe pataki dinku titẹ ti o nilo fun electrolyte lati ṣiṣẹ. Nitorina, batiri wa le pese iye nla ti agbara ni awọn iwọn otutu kekere laisi ibajẹ." Awọn oniwadi ṣe idanwo iyapa ti o da lori MOF ninu batiri litiumu-ion. . Batiri litiumu-ion ni ninu cathode fluorocarbon ati anode irin litiumu kan. O le fọwọsi rẹ pẹlu gaseous fluoromethane electrolyte ni titẹ inu ti 70 psi, ti o kere ju titẹ ti o nilo fun liquefying fluoromethane. Batiri naa tun le ṣetọju 57% ti agbara iwọn otutu yara rẹ ni iyokuro 40°C. Ni idakeji, ni iwọn otutu ati titẹ kanna, agbara ti batiri diaphragm ti owo nipa lilo elekitiroti gaseous ti o ni fluoromethane ti fẹrẹẹ jẹ odo.

Awọn micropores ti o da lori oluyapa MOF jẹ bọtini nitori pe awọn micropores wọnyi le tọju awọn elekitiroti diẹ sii ti nṣàn ninu batiri paapaa labẹ titẹ dinku. Diaphragm ti iṣowo ni awọn pores nla ati pe ko le ṣe idaduro awọn ohun elo elekitiroti gaseous labẹ titẹ idinku. Ṣugbọn microporosity kii ṣe idi nikan ti diaphragm ṣiṣẹ daradara labẹ awọn ipo wọnyi. Diaphragm ti a ṣe nipasẹ awọn oniwadi tun ngbanilaaye awọn pores lati ṣe ọna ti nlọsiwaju lati opin kan si ekeji, nitorinaa rii daju pe awọn ions lithium le ṣàn larọwọto nipasẹ diaphragm. Ninu idanwo naa, ionic conductivity ti batiri nipa lilo diaphragm tuntun ni iyokuro 40°C jẹ igba mẹwa ti batiri naa ni lilo diaphragm iṣowo.

Ẹgbẹ Chen n ṣe idanwo lọwọlọwọ MOF-orisun separators lori miiran electrolytes. Chen sọ pe: "A ti ri awọn ipa ti o jọra. Nipa lilo MOF yii gẹgẹbi imuduro, orisirisi awọn ohun elo elekitiroti le jẹ adsorbed lati mu ailewu batiri dara, pẹlu awọn batiri litiumu ti aṣa pẹlu awọn itanna eleto."