Муҳандисон сепаратореро таҳия кардаанд, ки электролитҳои газро мӯътадил мегардонад, то батареяҳои ҳарорати ултра пастро бехатартар кунад

Бино ба гузориши расонаҳои хориҷӣ, муҳандисони нано дар Донишгоҳи Калифорнияи Сан Диего як сепаратори батареяро таҳия кардаанд, ки метавонад ҳамчун садди байни катод ва анод кор кунад, то аз буғ шудани электролитҳои газӣ дар батарея ҷилавгирӣ кунад. Диафрагмаи нав ҷамъ шудани фишори дохилии тӯфонро пешгирӣ мекунад ва бо ҳамин варам ва таркиши батареяро пешгирӣ мекунад.

Роҳбари тадқиқот, Чжэн Чен, профессори наномуҳандисии Мактаби муҳандисии Ҷейкобс дар Донишгоҳи Калифорния, Сан Диего гуфт: "Бо гирифтани молекулаҳои газ, мембрана метавонад ҳамчун стабилизатор барои электролитҳои идоранашаванда амал кунад."

Сепаратори нав метавонад кори батареяро дар ҳарорати хеле паст беҳтар кунад. Ҳуҷайраи батарея бо диафрагма метавонад дар ҳарорати минуси 40 ° C кор кунад ва иқтидор метавонад то 500 миллиампер соат дар як грамм бошад, дар ҳоле ки батареяи тиҷории диафрагма дар ин ҳолат тақрибан сифр қудрат дорад. Муҳаққиқон мегӯянд, ки ҳатто агар он ду моҳ истифода нашавад ҳам, иқтидори ҳуҷайраи батарея ҳамоно баланд аст. Ин кор нишон медиҳад, ки диафрагма инчунин метавонад мӯҳлати нигоҳдории онро дароз кунад. Ин кашфиёт ба муҳаққиқон имкон медиҳад, ки минбаъд ба ҳадафи худ ноил шаванд: истеҳсоли батареяҳое, ки метавонанд барои мошинҳо дар муҳитҳои яхбандӣ, аз қабили киштиҳои кайҳонӣ, моҳвораҳо ва киштиҳои амиқи баҳр нерӯи барқ ​​таъмин кунанд.

Ин пажӯҳиш бар пажӯҳиш дар лабораторияи Йинг Ширли Менг, профессори наномуҳандисии Донишгоҳи Калифорния, Сан Диего асос ёфтааст. Ин тадқиқот электролитҳои гази моеъро барои таҳияи батареяе истифода мебарад, ки метавонад бори аввал дар муҳити минус 60 ° C кори хубро нигоҳ дорад. Дар байни онҳо электролитҳои гази моеъ газест, ки бо фишор моеъ мешавад ва нисбат ба электролитҳои моеъи анъанавӣ ба ҳарорати паст тобовартар аст.

Аммо ин гуна электролит нуқсон дорад; аз моеъ ба газ табдил додан осон аст. Чен гуфт: "Ин мушкилот бузургтарин масъалаи бехатарии ин электролит аст." Барои конденсатсия кардани молекулаҳои моеъ ва дар ҳолати моеъ нигоҳ доштани электролит барои истифодаи электролит фишорро зиёд кардан лозим аст.

Лабораторияи Чен бо Менг ва Тод Паскал, профессори наномуҳандисии Донишгоҳи Калифорния, Сан Диего барои ҳалли ин мушкилот ҳамкорӣ кард. Бо муттаҳид кардани таҷрибаи коршиносони ҳисоббарор, аз қабили Паскал бо муҳаққиқон ба монанди Чен ва Менг, усули моеъ кардани электролитҳои буғшуда бидуни фишори аз ҳад зиёд зуд таҳия шудааст. Кормандони дар боло зикршуда бо Маркази тадқиқоти илмӣ ва муҳандисии мавод (MRSEC)-и Донишгоҳи Калифорния, Сан Диего алоқаманданд.

Ин усул аз як падидаи физикӣ гирифта мешавад, ки дар он молекулаҳои газ ҳангоми дар фазои хурди нано-миқёси нанобандӣ ба таври худкор конденсатсия мешаванд. Ин падидаро конденсатсияи капиллярӣ меноманд, ки метавонад газро дар фишори пасттар моеъ гардонад. Гурӯҳи тадқиқотӣ ин падидаро барои сохтани сепаратори батарея истифода кард, ки метавонад электролитро дар батареяҳои ҳарорати ултра паст, электролит гази моеъе, ки аз гази фторметан сохта шудааст, мӯътадил созад. Муҳаққиқон барои сохтани мембрана як маводи кристаллии ковокро истифода бурданд, ки чаҳорчӯбаи металлӣ-органикӣ (MOF) ном дорад. Чизи беназири MOF дар он аст, ки он пур аз сӯрохиҳои хурд аст, ки метавонанд молекулаҳои гази флюорометанро банд кунанд ва онҳоро дар фишори нисбатан паст конденсатсия кунанд. Масалан, фторметан одатан дар ҳарорати минуси 30°С хурд мешавад ва қувваи 118 psi дорад; аммо агар MOF истифода шавад, фишори конденсатии порус дар ҳамон ҳарорат ҳамагӣ 11 psi аст.

Чен гуфт: "Ин MOF фишори заруриро барои кори электролит ба таври қобили мулоҳиза коҳиш медиҳад. Аз ин рӯ, батареяи мо метавонад миқдори зиёди зарфиятҳоро дар ҳарорати паст бидуни таназзул таъмин кунад." Муҳаққиқон як сепараторро дар асоси MOF дар батареяи литий-ион озмоиш карданд. . Батареяи литий-ион аз катодҳои фторкарбон ва аноди металлии литий иборат аст. Он метавонад онро бо электролити газии фторметан бо фишори дохилии 70 psi пур кунад, ки ин аз фишоре, ки барои моеъ кардани флюорометан лозим аст, хеле пасттар аст. Батарея то ҳол метавонад 57% иқтидори ҳарорати хонагии худро дар минус 40°C нигоҳ дорад. Баръакси ин, дар ҳамон ҳарорат ва фишор, қудрати батареяи диафрагмаи тиҷоратӣ бо истифода аз электролитҳои газӣ, ки дорои фторметан аст, қариб сифр аст.

Микропораҳо дар асоси сепаратори MOF калид мебошанд, зеро ин микропораҳо метавонанд ҳатто дар зери фишори пасти батарея ҷараёни бештари электролитҳоро нигоҳ доранд. Диафрагмаи тиҷоратӣ сӯрохиҳои калон дорад ва молекулаҳои электролитҳои газро дар зери фишори паст нигоҳ дошта наметавонанд. Аммо микропорозӣ ягона сабаби хуб кор кардани диафрагма дар ин шароит нест. Диафрагмае, ки аз ҷониби муҳаққиқон тарҳрезӣ шудааст, инчунин имкон медиҳад, ки сӯрохҳо аз як канор ба канори дигар роҳи муттасил ташкил кунанд ва ба ин васила кафолат медиҳанд, ки ионҳои литий метавонанд тавассути диафрагма озодона гузаранд. Дар озмоиш, гузариши ионии батарея бо истифода аз диафрагмаи нав дар минус 40 ° C нисбат ба батареяи бо диафрагмаи тиҷоратӣ даҳ маротиба зиёдтар аст.

Дастаи Чен айни замон сепараторҳои дар асоси MOF асосёфтаро дар дигар электролитҳо озмоиш мекунад. Чен гуфт: "Мо таъсири шабеҳро дидем. Бо истифода аз ин MOF ҳамчун стабилизатор, молекулаҳои электролитҳои гуногун метавонанд барои беҳтар кардани бехатарии батарея, аз ҷумла батареяҳои литийии анъанавӣ бо электролитҳои идоранашаванда адсорб карда шаванд."