Ang mga inhenyero nakahimo og usa ka separator nga nagpalig-on sa mga gas nga electrolyte aron mahimo nga labi ka luwas ang mga baterya nga labi ka ubos ang temperatura

Sumala sa mga taho sa langyaw nga media, ang mga nano engineer sa Unibersidad sa California San Diego nakahimo og usa ka separator sa baterya nga mahimong usa ka babag tali sa cathode ug anode aron mapugngan ang gas electrolyte sa baterya gikan sa pag-alisngaw. Ang bag-ong diaphragm nagpugong sa internal nga presyur sa bagyo gikan sa pagtipon, sa ingon makapugong sa baterya gikan sa paghubag ug pagbuto.

Ang lider sa panukiduki, si Zheng Chen, propesor sa nanoengineering sa Jacobs School of Engineering sa Unibersidad sa California, San Diego, miingon: "Pinaagi sa pag-trap sa mga molekula sa gas, ang lamad mahimo nga usa ka stabilizer alang sa dali nga mga electrolyte."

Ang bag-ong separator makapauswag sa performance sa baterya sa ultra-low temperature. Ang cell cell sa baterya nga naggamit sa diaphragm mahimong molihok sa minus 40 ° C, ug ang kapasidad mahimong ingon ka taas sa 500 milliampere nga mga oras matag gramo, samtang ang komersyal nga diaphragm nga baterya adunay halos zero nga gahum sa kini nga kaso. Ang mga tigdukiduki nag-ingon nga bisan kung kini wala magamit sulod sa duha ka bulan, ang kapasidad sa cell sa baterya taas gihapon. Kini nga pasundayag nagpakita nga ang diaphragm mahimo usab nga mapalawig ang kinabuhi sa pagtipig. Kini nga nadiskobrehan nagtugot sa mga tigdukiduki sa pagkab-ot sa ilang tumong sa dugang pa: sa pagprodyus og mga baterya nga makahatag og elektrisidad sa mga sakyanan sa nagyelo nga mga palibot, sama sa spacecraft, satellites, ug deep-sea ships.

Kini nga panukiduki gibase sa usa ka pagtuon sa laboratoryo ni Ying Shirley Meng, propesor sa nanoengineering sa University of California, San Diego. Kini nga panukiduki naggamit sa usa ka partikular nga liquefied gas electrolyte aron makahimo og baterya nga makapadayon sa maayong performance sa usa ka palibot nga minus 60°C sa unang higayon. Lakip niini, ang liquefied gas electrolyte usa ka gas nga natunaw pinaagi sa pagpadapat sa presyur ug mas makasugakod sa mubu nga temperatura kaysa sa tradisyonal nga likido nga mga electrolyte.

Apan kini nga matang sa electrolyte adunay depekto; kini dali nga mausab gikan sa likido ngadto sa gas. Si Chen miingon: "Kini nga problema mao ang pinakadako nga isyu sa kaluwasan alang niini nga electrolyte." Ang presyur kinahanglan nga madugangan aron ma-condense ang mga molekula sa likido ug ipadayon ang electrolyte sa usa ka likido nga kahimtang aron magamit ang electrolyte.

Ang laboratoryo ni Chen nakigtambayayong kang Meng ug Tod Pascal, propesor sa nanoengineering sa Unibersidad sa California, San Diego, aron masulbad kini nga problema. Pinaagi sa paghiusa sa kahanas sa mga eksperto sa pag-compute sama ni Pascal sa mga tigdukiduki sama nila Chen ug Meng, usa ka pamaagi ang naugmad aron matunaw ang alisngaw nga electrolyte nga wala’y pag-apply dayon sa daghang presyur. Ang mga personahe nga gihisgutan sa ibabaw kay kauban sa Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC) sa University of California, San Diego.

Kini nga pamaagi nanghulam gikan sa usa ka pisikal nga panghitabo diin ang mga molekula sa gas kusog nga nag-condense kung natanggong sa gagmay nga mga wanang nga nano-scale. Kini nga panghitabo gitawag nga capillary condensation, nga makahimo sa gas nga mahimong likido sa ubos nga presyur. Ang research team migamit niini nga panghitabo sa paghimo ug battery separator nga makapa-stabilize sa electrolyte sa ultra-low temperature nga mga baterya, usa ka liquefied gas electrolyte nga ginama sa fluoromethane gas. Gigamit sa mga tigdukiduki ang usa ka porous nga kristal nga materyal nga gitawag og metal-organic framework (MOF) aron mahimo ang lamad. Ang talagsaon nga butang bahin sa MOF mao nga kini puno sa gagmay nga mga pores, nga makabitik sa mga molekula sa fluoromethane nga gas ug mo-condense niini sa medyo ubos nga presyur. Pananglitan, ang fluoromethane kasagarang mogamay sa minus 30°C ug adunay puwersa nga 118 psi; apan kung MOF ang gamiton, ang condensation pressure sa porous sa parehas nga temperatura kay 11 psi lang.

Si Chen miingon: "Kini nga MOF makapakunhod pag-ayo sa presyur nga gikinahanglan alang sa electrolyte nga magtrabaho. Busa, ang atong baterya makahatag og dako nga kapasidad sa ubos nga temperatura nga walay degradasyon." Gisulayan sa mga tigdukiduki ang usa ka separator nga nakabase sa MOF sa usa ka baterya nga lithium-ion. . Ang lithium-ion nga baterya naglangkob sa usa ka fluorocarbon cathode ug usa ka lithium metal anode. Mahimo kini nga pun-on sa usa ka gas nga fluoromethane electrolyte sa internal nga presyur nga 70 psi, nga mas ubos kaysa sa gikinahanglan nga presyur sa pag-liquefy sa fluoromethane. Ang baterya makapadayon gihapon sa 57% sa kapasidad sa temperatura sa lawak niini sa minus 40°C. Sa kasukwahi, sa parehas nga temperatura ug presyur, ang gahum sa usa ka komersyal nga diaphragm nga baterya nga naggamit sa usa ka gaseous electrolyte nga adunay fluoromethane hapit zero.

Ang mga micropores nga gibase sa MOF separator mao ang yawe tungod kay kini nga mga micropores makapadayon sa daghang mga electrolyte nga modagayday sa baterya bisan sa ubos nga presyur. Ang komersyal nga diaphragm adunay dagkong mga pores ug dili makapadayon sa mga molekula sa gas nga electrolyte ubos sa pagkunhod sa presyur. Apan ang microporosity dili lamang ang hinungdan nga ang diaphragm molihok nga maayo sa kini nga mga kondisyon. Ang diaphragm nga gidisenyo sa mga tigdukiduki nagtugot usab sa mga pores sa pagporma sa usa ka padayon nga agianan gikan sa usa ka tumoy ngadto sa lain, sa ingon pagsiguro nga ang mga lithium ions mahimong gawasnon nga moagos pinaagi sa diaphragm. Sa pagsulay, ang ionic conductivity sa baterya gamit ang bag-ong diaphragm sa minus 40°C maoy napulo ka pilo kay sa battery gamit ang commercial diaphragm.

Ang team ni Chen sa pagkakaron nagsulay sa MOF-based separator sa ubang electrolytes. Si Chen miingon: "Nakita namo ang susama nga mga epekto. Pinaagi sa paggamit niini nga MOF isip usa ka stabilizer, ang nagkalain-laing mga molekula sa electrolyte mahimong ma-adsorbed aron mapalambo ang kaluwasan sa baterya, lakip ang mga tradisyonal nga lithium batteries nga adunay volatile electrolytes."