L'ingegneri di l'Università di California in San Diego anu sviluppatu batterie di lithium-ion chì funzionanu bè à a temperatura di u friddu è u caldu, mentre imballanu assai energia.I circadori anu realizatu sta impresa sviluppendu un elettrolitu chì ùn hè micca solu versatile è robustu in una larga gamma di temperatura, ma ancu cumpatibile cù un anodu è un catodu d'alta energia.
Batterie resistenti à a temperaturasò descritti in un documentu publicatu a settimana di lugliu 4 in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Tali batterie puderanu permette à i veiculi elettrici in i climi freti di viaghjà più luntanu cù una sola carica;Puderanu ancu riduce a necessità di sistemi di rinfrescamentu per mantene i pacchetti di batterie di i veiculi da surriscaldamentu in i climi caldi, hà dettu Zheng Chen, prufissore di nanoingegneria in a UC San Diego Jacobs School of Engineering è autore senior di u studiu.
"Avete bisognu di un'operazione di alta temperatura in i zoni induve a temperatura ambientale pò ghjunghje à i tripli numeri è e strade diventanu ancu più calde.In i veiculi elettrici, i pacchetti di batterie sò tipicamente sottu à u pianu, vicinu à queste strade calde ", spiegò Chen, chì hè ancu un membru di a facultà di u UC San Diego Sustainable Power and Energy Center."Inoltre, e batterie si scaldanu solu da avè un currente attraversatu durante u funziunamentu.Se e batterie ùn ponu micca tollerà stu riscaldamentu à alta temperatura, u so rendimentu si degraderà rapidamente ".
In i testi, e batterie di prova di cuncepimentu conservanu 87,5% è 115,9% di a so capacità energetica à -40 è 50 C (-40 è 122 F), rispettivamente.Iddi hannu dinù altu efficiency Coulombic di 98,2% è 98,7% à sti temperatures, rispittivamenti, chì significa chì i batterie pò sottumette di più carica è ciclu di scaricamentu prima ch'elli firmavanu u travagliu.
E batterie chì Chen è i culleghi anu sviluppatu sò à tempu freti è tolleranti à u calore grazia à u so elettrolitu.Hè fattu di una suluzione liquida di dibutil etere mischju cù una sal di lithium.Una particularità di l'etere di dibutile hè chì e so molécule si liganu debbuli à ioni di litiu.In altri palori, e molécule d'elettroliti ponu facilmente lascià i ioni di litiu mentre a bateria funziona.Questa interazzione moleculare debule, i circadori avianu scupertu in un studiu precedente, migliurà u rendiment di a bateria à temperature sottu à zero.In più, l'etere dibutilu pò piglià facilmente u calore perchè si ferma liquidu à e alte temperature (hà un puntu di ebullizione di 141 C, o 286 F).
Stabilizazione di i chimichi di lithium-sulphur
Ciò chì hè ancu speciale di questu elettrolitu hè chì hè cumpatibile cù una bateria di lithium-sulphur, chì hè un tipu di bateria recargable chì hà un anodu fattu di lithium metal è un cathode fattu di sulphur.E batterie di lithium-sulphur sò una parte essenziale di e tecnulugia di batterie di a prossima generazione perchè prumettenu densità di energia più altu è costi più bassi.Puderanu almacenà sin'à duie volte più energia per kilogramu cà e batterie di lithium-ion d'oghje - questu puderia radduppià a gamma di veiculi elettrici senza alcun aumentu di u pesu di a batteria.Inoltre, u sulfuru hè più abbundante è menu problematicu à a fonte cà u cobalt utilizatu in i catodi tradiziunali di batterie di lithium-ion.
Ma ci sò prublemi cù batterie di lithium-sulphur.Sia u catodu è l'anodu sò super reattivi.I catodi di sulfuru sò cusì reattivi chì si dissolvi durante u funziunamentu di a bateria.Stu prublema s'aggrava à alta temperatura.È l'anodi di lithium metal sò propensi à furmà strutture simili à l'agulla chjamate dendrites chì ponu pierce parti di a bateria, causannu un short-circuit.In u risultatu, e batterie di lithium-sulphur duranu solu decine di cicli.
"Se vulete una batteria cù una alta densità di energia, in genere avete bisognu di utilizà una chimica assai dura è cumplicata", disse Chen."L'energia alta significa più reazzione chì succede, chì significa menu stabilità, più degradazione.Fà una batteria d'alta energia chì hè stabile hè un compitu difficiule stessu - pruvà à fà questu attraversu un largu intervallu di temperatura hè ancu più sfida ".
L'elettrolitu di dibutil etere sviluppatu da a squadra di UC San Diego impedisce sti prublemi, ancu à e temperature alte è bassu.E batterie chì anu testatu avianu una vita ciclistica assai più longa cà una batteria tipica di lithium-sulphur."U nostru elettrolitu aiuta à migliurà sia u latu cathode sia u latu anodu mentre furnisce una alta conduttività è stabilità interfacciale", disse Chen.
A squadra hà ancu ingegneriatu u catodu di sulfuru per esse più stabile ingrantendu à un polimeru.Questu impedisce più sulphur di dissolve in l'elettrolitu.
I prossimi passi includenu a scala di a chimica di a batteria, ottimizendu per travaglià à temperature ancu più elevate è allargendu ancu a vita di u ciclu.
Paper: "Criteri di selezzione di solventi per batterie di lithium-sulphur resistenti à a temperatura".Co-autori include Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal è Ping Liu, tutti in UC San Diego.
Stu travagliu hè statu sustinutu da una cuncessione di Facultà di Carriera Precoce da u Programma di Sovvenzioni di Ricerca di Tecnulugia Spaziale di a NASA (ECF 80NSSC18K1512), a National Science Foundation attraversu u UC San Diego Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC, grant DMR-2011924), è l'Uffiziu di Tecnulugie di i Veiculi di u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti à traversu u Prugramma di Ricerca di Materiali di Batteria Avanzata (Consortium Battery500, cuntrattu DE-EE0007764).Stu travagliu hè statu realizatu in parte à l'Infrastruttura Nanotecnologica di San Diego (SDNI) in UC San Diego, un membru di l'Infrastruttura Coordinata Nanotecnologica Naziunale, chì hè sustinutu da a National Science Foundation (grant ECCS-1542148).
Tempu di Postu: Aug-10-2022