እነዚህ በሃይል የተሞሉ ባትሪዎች በከፍተኛ ቅዝቃዜ እና ሙቀት ውስጥ በደንብ ይሰራሉ

በካሊፎርኒያ ሳንዲያጎ ዩኒቨርሲቲ መሐንዲሶች ብዙ ኃይል በማሸግ በሚቀዘቅዝ ቅዝቃዜ ጥሩ አፈጻጸም ያላቸውን ሊቲየም-አዮን ባትሪዎችን ሠርተዋል።ተመራማሪዎቹ ይህን ስኬት ያገኙት በተለያየ የሙቀት መጠን ውስጥ ሁለገብ እና ጠንካራ ብቻ ሳይሆን ከከፍተኛ ኢነርጂ አኖድ እና ካቶድ ጋር የሚጣጣም ኤሌክትሮላይት በማዘጋጀት ነው።
የሙቀት-ተከላካይ ባትሪዎችበብሔራዊ የሳይንስ አካዳሚ ሂደቶች (PNAS) ጁላይ 4 ሳምንት በታተመ ወረቀት ላይ ተገልጸዋል።
እንደነዚህ ያሉት ባትሪዎች በቀዝቃዛ የአየር ጠባይ ውስጥ ያሉ የኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች በአንድ ጊዜ እንዲጓዙ ያስችላቸዋል ።በዩሲ ሳን ዲዬጎ ጃኮብስ የምህንድስና ትምህርት ቤት የናኖኢንጂነሪንግ ፕሮፌሰር እና የጥናቱ ከፍተኛ ደራሲ ዜንግ ቼን የተሽከርካሪዎቹ ባትሪዎች በሞቃታማ የአየር ጠባይ ውስጥ ከመጠን በላይ እንዳይሞቁ ለማድረግ የማቀዝቀዣ ዘዴዎችን አስፈላጊነት ሊቀንሱ ይችላሉ ብለዋል ።
"የአካባቢው የሙቀት መጠን ወደ ሶስት አሃዝ ሊደርስ በሚችልበት እና መንገዶቹ የበለጠ በሚሞቁባቸው ቦታዎች ላይ ከፍተኛ ሙቀት መስራት ያስፈልግዎታል።በኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች ውስጥ፣ የባትሪ ጥቅሎች ብዙውን ጊዜ ከወለሉ በታች፣ ለእነዚህ ሙቅ መንገዶች ቅርብ ናቸው” ሲል የዩሲ ሳን ዲዬጎ ዘላቂ የኃይል እና ኢነርጂ ማእከል መምህር የሆኑት ቼን አብራርተዋል።"እንዲሁም ባትሪዎች የሚሞቁት በሚሠራበት ጊዜ የአሁኑን ጊዜ በማለፍ ብቻ ነው።ባትሪዎቹ ይህን ሙቀት በከፍተኛ ሙቀት መታገስ ካልቻሉ አፈፃፀማቸው በፍጥነት ይቀንሳል።
በፈተናዎች ውስጥ፣ የፅንሰ-ሃሳብ ማረጋገጫ ባትሪዎች 87.5% እና 115.9% የኃይል አቅማቸውን በ -40 እና 50C (-40 እና 122F) በቅደም ተከተል ጠብቀዋል።በተጨማሪም በእነዚህ ሙቀቶች የ 98.2% እና 98.7% ከፍተኛ የ Coulombic ቅልጥፍና ነበራቸው, ይህም ማለት ባትሪዎቹ ሥራ ከማቆማቸው በፊት ተጨማሪ የኃይል መሙያ እና የመልቀቂያ ዑደቶችን ሊያገኙ ይችላሉ.
ቼን እና ባልደረቦቻቸው ያዳበሩት ባትሪዎች ለኤሌክትሮላይት ምስጋና ይግባቸውና ቀዝቃዛ እና ሙቀትን የሚቋቋሙ ናቸው።ከሊቲየም ጨው ጋር የተቀላቀለ የዲቡቲል ኤተር ፈሳሽ መፍትሄ የተሰራ ነው.ስለ ዲቡቲል ኤተር ልዩ ባህሪው ሞለኪውሎቹ ከሊቲየም ions ጋር በደካማነት ስለሚተሳሰሩ ነው።በሌላ አነጋገር የኤሌክትሮላይት ሞለኪውሎች ባትሪው በሚሰራበት ጊዜ የሊቲየም ionዎችን በቀላሉ ሊለቁ ይችላሉ.ተመራማሪዎቹ በቀደመው ጥናት እንዳረጋገጡት ይህ ደካማ የሞለኪውላር መስተጋብር የባትሪውን አፈጻጸም ከዜሮ በታች በሆነ የሙቀት መጠን ያሻሽላል።በተጨማሪም ዲቡቲል ኤተር በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ ፈሳሽ ስለሚቆይ (የመፍላት ነጥብ 141 C ወይም 286F) ስለሆነ በቀላሉ ሙቀቱን ሊወስድ ይችላል።
የሊቲየም-ሰልፈር ኬሚስትሪን ማረጋጋት
የዚህ ኤሌክትሮላይት ልዩ ነገር ደግሞ ከሊቲየም-ሰልፈር ባትሪ ጋር ተኳሃኝ ነው, እሱም እንደገና ሊሞሉ የሚችሉ ባትሪዎች ከሊቲየም ብረት የተሰራ አኖድ እና ከሰልፈር የተሰራ ካቶድ.የሊቲየም-ሰልፈር ባትሪዎች ለቀጣዩ ትውልድ የባትሪ ቴክኖሎጂዎች አስፈላጊ አካል ናቸው ምክንያቱም ከፍተኛ የኃይል እፍጋት እና ዝቅተኛ ወጭዎች ቃል ገብተዋል.ከዛሬዎቹ የሊቲየም-አዮን ባትሪዎች በኪሎግራም እስከ ሁለት እጥፍ የሚበልጥ ሃይል ማከማቸት ይችላሉ - ይህ የባትሪው ክብደት ምንም ሳይጨምር የኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎችን መጠን በእጥፍ ሊጨምር ይችላል።እንዲሁም ሰልፈር በባህላዊ ሊቲየም-አዮን ባትሪ ካቶድ ውስጥ ጥቅም ላይ ከሚውለው ኮባልት የበለጠ የበዛ እና ከምንጩ ብዙም ችግር የለውም።
ነገር ግን በሊቲየም-ሰልፈር ባትሪዎች ላይ ችግሮች አሉ.ሁለቱም ካቶድ እና አኖድ እጅግ በጣም ንቁ ናቸው።የሰልፈር ካቶዶች በጣም ንቁ ስለሆኑ ባትሪ በሚሠራበት ጊዜ ይሟሟሉ።ይህ ጉዳይ በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ እየባሰ ይሄዳል.እና የሊቲየም ብረታ ብረት አኖዶች ዴንትሬትስ የሚባሉ መርፌ መሰል መዋቅሮችን በመፍጠር የባትሪውን ክፍሎች በመውጋት አጭር ዙር እንዲፈጠር ያደርጋሉ።በውጤቱም, የሊቲየም-ሰልፈር ባትሪዎች እስከ አስር ዑደቶች ብቻ ይቆያሉ.
"ከፍተኛ የኃይል ጥግግት ያለው ባትሪ ከፈለጉ በተለምዶ በጣም ከባድ እና ውስብስብ ኬሚስትሪ መጠቀም ያስፈልግዎታል" ሲል ቼን ተናግሯል።"ከፍተኛ ጉልበት ማለት ብዙ ግብረመልሶች እየተከሰቱ ነው, ይህም ማለት አነስተኛ መረጋጋት, የበለጠ መበላሸት ማለት ነው.የተረጋጋ ከፍተኛ ኃይል ያለው ባትሪ መስራት በራሱ ከባድ ስራ ነው - ይህንን በሰፊ የሙቀት መጠን ለማድረግ መሞከር የበለጠ ፈታኝ ነው።
በዩሲ ሳንዲያጎ ቡድን የተገነባው ዲቡቲል ኤተር ኤሌክትሮላይት በከፍተኛ እና ዝቅተኛ የሙቀት መጠን እንኳን ሳይቀር እነዚህን ጉዳዮች ይከላከላል።የሞከሩት ባትሪዎች ከተለመደው የሊቲየም-ሰልፈር ባትሪ የበለጠ ረጅም የብስክሌት ህይወት ነበራቸው።ቼን "የእኛ ኤሌክትሮላይት ሁለቱንም የካቶድ ጎን እና የአኖድ ጎን ለማሻሻል ይረዳል, ይህም ከፍተኛ የመተጣጠፍ እና የፊት ገጽታ መረጋጋትን ይሰጣል."
ቡድኑ በተጨማሪም የሰልፈር ካቶዴድን ወደ ፖሊመር በመትከል የበለጠ እንዲረጋጋ ሰራ።ይህ ተጨማሪ ሰልፈር ወደ ኤሌክትሮላይት እንዳይሟሟ ይከላከላል.
የሚቀጥሉት እርምጃዎች የባትሪውን ኬሚስትሪ ከፍ ማድረግ፣ ከፍ ባለ የሙቀት መጠን እንዲሰራ ማመቻቸት እና የዑደት ህይወትን የበለጠ ማራዘምን ያካትታሉ።
ወረቀት፡ "ሙቀትን ለሚቋቋም ሊቲየም-ሰልፈር ባትሪዎች የሟሟ ምርጫ መስፈርት።"አብሮ-ደራሲዎች Guorui Cai፣ John Holoubek፣ Mingqian Li፣ Hongpeng Gao፣ Yijie Yin፣ Sicen Yu፣ Haodong Liu፣ Tod A. Pascal እና Ping Liu፣ ሁሉም በዩሲ ሳን ዲዬጎ ያካትታሉ።
ይህ ሥራ ከናሳ የጠፈር ቴክኖሎጂ ምርምር ልገሳ ፕሮግራም (ECF 80NSSC18K1512)፣ ከብሔራዊ ሳይንስ ፋውንዴሽን በዩሲ ሳን ዲዬጎ ቁሳቁስ ምርምር ሳይንስ እና ኢንጂነሪንግ ማእከል (MRSEC፣ Grant DMR-2011924) እና የዲኤምአር-2011924 ፅህፈት ቤት በቀደምት የስራ ፋኩልቲ ድጋፍ ተደግፏል። የዩኤስ ኢነርጂ ዲፓርትመንት የተሽከርካሪ ቴክኖሎጂዎች በላቀ የባትሪ እቃዎች ምርምር ፕሮግራም (Battery500 Consortium, contract DE-EE0007764).ይህ ሥራ በከፊል በሳን ዲዬጎ ናኖቴክኖሎጂ መሠረተ ልማት (SDNI) በዩሲ ሳን ዲዬጎ፣ የብሔራዊ ናኖቴክኖሎጂ የተቀናጀ መሠረተ ልማት አባል በሆነው በብሔራዊ ሳይንስ ፋውንዴሽን (የተሰጠው ECCS-1542148) ተከናውኗል።