Naujas dizainas gali leisti naudoti ilgesnes, galingesnes ličio jonų baterijas

Autorius:

Naujo elektrolito naudojimas gali leisti pažangiems metaliniams elektrodams և padidinti įtampą, padidinti galią և ciklo trukmę.

Ličio jonų baterijos leido naudoti lengvus elektroninius prietaisus, kurių perkeliamumą dabar pripažįstame automatiniu, taip pat sparčiai plėsti elektrinių transporto priemonių gamybą. Tačiau viso pasaulio tyrėjai ir toliau riboja energijos kiekį, kurį galima sukaupti tam tikroje medžiagos masyvoje, kad pagerintų esamų įrenginių veikimą. Naujos programos, tokios kaip tolimojo nuotolio dronai, robotai.

Vienas perspektyvių būdų yra metalinių elektrodų naudojimas vietoj įprasto grafito su didesne įkrovimo įtampa katode. Tačiau šias pastangas apsunkino daugybė neigiamų cheminių reakcijų, kurios įvyksta elektrolitui skiriant elektrodus. Dabar grupė tyrėjų SU: և kitur rado naują elektrolitą, kuris įveikė šias problemas. և gali žymiai pašokti naujos kartos baterijų energiją, neprarandant ciklo gyvavimo.

Apie tyrimą pranešama žurnale Gamtos energija MIT profesoriai Ju ir Lee, Ianas Shao-Hornas remia Jeremiahą Johno Onsono darbe. podoktorantas Weijiang Xue; 19 և šių 19 žmonių MIT, dviejose nacionalinėse laboratorijose և kitur. Tyrėjai teigia, kad atradimas galėtų leisti ličio jonų baterijoms, kurios paprastai gali kaupti maždaug 260 vatų per valandą kilogramui, kaupti apie 420 vatų per valandą kilogramui. Tai pakeis ilgesnio elektra varomų transporto priemonių, „ilgesnių mobiliųjų įrenginių“, pokyčius.

Naujas elektrolitas, apsaugantis nuo įtrūkimų

Brookhaveno nacionalinėje laboratorijoje darytose rentgeno nuotraukose matyti dalelių įtrūkimai viename akumuliatoriaus skyriaus elektrode naudojant įprastą elektrolitą (kaip matoma kairėje). Tyrėjai nustatė, kad naudojant naują elektrolitą išvengiama daugumos šių įtrūkimų (dešinėje). Paskola Pagarbiai, tyrėjai

Pagrindinė šio elektrolito žaliava yra pigi (nors viena iš tarpinių medžiagų vis dar yra brangi dėl riboto naudojimo), o jos paruošimo procesas yra paprastas. Todėl mokslininkai teigia, kad šią pažangą galima pasiekti palyginti greitai.

Pats elektrolitas nėra naujas, aiškina chemijos profesorius Johnas Onsonas. Prieš kelerius metus ją sukūrė kai kurie šios tyrimų grupės nariai, tačiau skirtingai. Tai buvo dalis pastangų sukurti ličio jonų baterijas, kurios laikomos didžiausiu ilgalaikiu sprendimu maksimaliai padidinti baterijos energijos tankį. Tačiau vis dar yra daug kliūčių kuriant tokias baterijas, ir ši technologija vis dar gali trukti metus. Tuo pačiu paaiškėja, kad šį elektrolitą naudoti ličio jonų baterijose su metaliniais elektrodais galima pasiekti daug greičiau.

Naujas šios elektrodo medžiagos panaudojimas buvo atrastas „šiek tiek rimtai“ po to, kai ją pirmą kartą sukūrė Shao-Hornas, Johnsonas ir kt., Vykdydami bendrą ličio jonų baterijų kūrimo įmonę.

„Tikrai dar nėra nieko, kas leistų gerai iškrauti ličio bateriją“, – sako Johnas Onsonas. Tačiau „mes sukūrėme šias organines molekules, kurios, tikimės, gali suteikti stabilumo, palyginti su esamais skystais elektrolitais“. Jie sukūrė tris skirtingas sulfonamido pagrindu pagamintas kompozicijas, kurios, jų manymu, yra gana atsparios oksidacijai ir kitiems skilimo poveikiams. Tada po rinkimų Xue, dirbdamas su Lee grupe, nusprendė išbandyti šią medžiagą su standartiškesniais katodais.

Akumuliatoriaus elektrodo tipas, kurį jie dabar naudoja su šiuo elektrolitu, šiek tiek kobalto-nikelio oksido, yra „šių dienų elektromobilių pramonės arklys“, – sakė Lee, branduolinės mokslo, inžinerijos, medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius. ,

Kai elektrodo medžiaga plečiasi nuo krūvio iki iškrovos ir mažėja anizotropiškai, tai gali sukelti plyšimą ir sutrikimą, kai naudojama su įprastais elektrolitais. Atlikę bendrą eksperimentą su Brookhaveno nacionaline laboratorija, mokslininkai nustatė, kad naudojant naująjį elektrolitą labai sumažėja streso ir korozijos skilimo įtrūkimai.

Problema buvo ta, kad metaliniai atomai buvo C. mišinys buvo linkęs ištirpti skystame elektrolite, praradęs masę, todėl metalas sutrūkinėjo. Priešingai, naujasis elektrolitas yra ypač atsparus tokiam tirpimui. Žiūrėdamas į Brookhaveno testo duomenis, Lee sako: „Buvo savotiškai šokiruojantis, kai matėme, kad jei ką tik pakeitėte elektrolitą, visi šie įtrūkimai dingo“. Jie nustatė, kad elektrolito ortologija buvo daug stipresnė – pereinamieji metalai šiuose naujuose elektrolituose „tiesiog neturėjo tiek tirpumo“.

Jis sako, kad tai buvo nuostabus derinys, nes medžiaga vis dar lengvai praleidžia ličio jonus, pagrindinį baterijų įkrovimo ir iškrovimo mechanizmą, tuo pačiu blokuodama kitus katijonus, vadinamus pereinamaisiais metalais. Po daugybės iškrovimo ciklų nepageidaujamų junginių kaupimasis ant elektrodo paviršiaus išaugo dešimt kartų, palyginti su standartiniu elektrolitu.

„Elektrolitas yra chemiškai atsparus daug energijos turinčių nikelio medžiagų oksidacijai, neleidžiantis dalelėms lūžti, stabiliam elektrodo stabilumui važiuojant dviračiu“, – sakė mechanikos, medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius Shao-Hornas. „Elektrolitas“ taip pat suteikia stabilią, keičiamą ličio ir metalo dangą, o tai yra žingsnis link įkraunamų ličio jonų baterijų, kurių energija yra dvigubai didesnė už šiuolaikinių ličio jonų baterijų energiją. Šis atradimas paskatins tolesnę elektrolitų paiešką, skystų ličio jonų baterijų, konkuruojančių su kietojo kūno elektrolitais, kūrimą.

Kitas žingsnis – padidinti produkcijos mastą, kad ji būtų lengviau prieinama. „Mes tai darome iš vieno turimo atsiliepimo, kurį galite gauti iš komercinių žaliavų“, – sako Johnas Onsonas. Šiuo metu ankstesnė medžiaga, naudojama sintezuoti elektrolitą, yra brangi, tačiau jis sako: “Manau, kad jei galime parodyti pasauliui, kad tai puikus elektrolitas plataus vartojimo elektronikai, paskata toliau masto padės sumažinti kainas”.

Kadangi tai iš esmės yra esamo elektrolito „pakaitalas“, jam nereikia pakeisti visos akumuliatorių sistemos, sako Lee, jis gali būti greitai naudojamas ir gali būti parduotas per kelerius metus. „Tauriųjų elementų nėra, jie yra tik anglis: fluoras. „Taigi tai neapsiriboja ištekliais, tai tik procesas“, – sakė jis.

Nuoroda. Weijiang Xue, Mingjun Huang, Yutao Li, Yun Guang Zhu, Rui Gao, Xianghui Xiao, Wenxu Zhang, Sipei: “Itin aukštos įtampos nišiniai juosteliniai katodai praktiškuose Li metalo akumuliatoriuose, leidžiančiuose elektrolitą sulfonamido pagrindu”. Li, Guin Su, Yan Yu, Peng Li, ff efri Lopez, Davey Yu, Yanhao Dong, Wei Fan, he e Shi, Rui Xiong, Chen-Jun Un Sun, Inhu Huang, Wu-Kit Li, Yan Shao-Horn, Yerem. Johnas Onsonas, Ju ir Lee, Gamtos energija,
DOI: 10.1038 / s41560-021-00792-y:

Tyrimą rėmė JAV energetikos departamentas, Nacionalinis mokslo fondas, taip pat Brookhaveno nacionalinės laboratorijos, Argonne nacionalinės laboratorijos patalpos.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pasiutligė neužkrėstų smegenų, tačiau vis tiek kenčia nuo stiprių nervų pažeidimų.

Koronavirusas II su sunkiais kvėpavimo takų simptomais, Virusas, sukeliantis COVID 19Vargu ar jis bus tiesiogiai perduodamas į smegenis, tačiau vis tiek gali sukelti sisteminę...

Mokslas yra paprastas. Kas yra kvantinis skaičiavimas?

Nuo JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 21 d Lawrence'o Berkeley nacionalinė laboratorija DOE naudoja pažangią aušinimo sistemą - uolekčių, kad kvantinių kompiuterių širdis būtų pakankamai...

Kaip paukštis kvėpuoja geriau? Tyrėjų išvados

Apytikslis „apvalios viščiuko“ su paukščio plaučiais skaičius parodė, kad įkvėpus oro judėjimas pirmyn ir atgal. Kaip iškvėpimai (mėlynos rodyklės) ir iškvėpimai (raudoni) sukelia...

Kalnų gorilos gali naudoti krūtinę, kad perduotų informaciją apie save

Vyriškos gorilos krūtis muša. Autoriai: Jordi Galbany / Diano Fossey Gorilla fondas Skrynios, nukentėjusios nuo kalnų gorilų, kurios greitai muša krūtinę rankomis, kad skambėtų...

Paprastas mokslas: kas yra biokuras?

Parengta JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 20 d Mokslininkai fermentavo mieles, kad iš augalų cukrus virstų biodyzelinu. Kreditas: Nuotrauka mandagumo Stephanopoulos Lab Saulės, vėjo ir...

Newsletter

Subscribe to stay updated.