Инженерүүд хэт бага температурт батерейг аюулгүй болгохын тулд хийн электролитийг тогтворжуулдаг тусгаарлагчийг бүтээжээ.

Калифорнийн Сан Диегогийн их сургуулийн нано инженерүүд аккумулятор дахь хийн электролитийг ууршуулахаас сэргийлж катод ба анодын хоорондох хаалт болж чадах батерейны тусгаарлагчийг бүтээжээ. Шинэ диафрагм нь шуурганы дотоод даралт хуримтлагдахаас сэргийлж, улмаар зайг хавдаж, тэсрэхээс сэргийлдэг.

Судалгааны удирдагч, Сан Диегогийн Калифорнийн Их Сургуулийн Жейкобсын инженерийн сургуулийн нано инженерчлэлийн профессор Жэн Чен хэлэхдээ: "Хийн молекулуудыг барьж авснаар мембран нь дэгдэмхий электролитийн тогтворжуулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг."

Шинэ тусгаарлагч нь хэт бага температурт батерейны ажиллагааг сайжруулж чадна. Диафрагмыг ашигладаг батерейны зай нь хасах 40 хэмд ажиллах боломжтой бөгөөд хүчин чадал нь нэг грамм тутамд 500 миллиампер цаг хүртэл өндөр байх боломжтой бол арилжааны диафрагмын зай нь энэ тохиолдолд бараг тэг чадалтай байдаг. Хоёр сар ашиглаагүй ч батарейны багтаамж өндөр хэвээр байгааг судлаачид хэлж байна. Энэхүү гүйцэтгэл нь диафрагм нь хадгалах хугацааг уртасгаж болохыг харуулж байна. Энэхүү нээлт нь судлаачдад зорилгодоо хүрэх боломжийг олгодог: сансрын хөлөг, хиймэл дагуул, далайн гүний хөлөг онгоц зэрэг мөстсөн орчинд тээврийн хэрэгслийг цахилгаан эрчим хүчээр хангах боломжтой зай үйлдвэрлэх.

Энэхүү судалгаа нь Сан Диего дахь Калифорнийн их сургуулийн нано инженерчлэлийн профессор Йинг Ширли Мэнгийн лабораторид хийсэн судалгаанд үндэслэсэн болно. Энэхүү судалгаа нь тодорхой шингэрүүлсэн хийн электролит ашиглан анх удаа хасах 60 хэмийн температурт сайн ажиллах чадвартай батерейг бүтээжээ. Тэдгээрийн дотроос шингэрүүлсэн хийн электролит нь даралтын нөлөөгөөр шингэрүүлдэг хий бөгөөд уламжлалт шингэн электролитээс бага температурт тэсвэртэй байдаг.

Гэхдээ энэ төрлийн электролит нь согогтой байдаг; шингэнээс хий рүү шилжихэд хялбар байдаг. Чен хэлэхдээ: "Энэ асуудал бол энэ электролитийн аюулгүй байдлын хамгийн том асуудал юм." Шингэний молекулуудыг нягтруулахын тулд даралтыг нэмэгдүүлэх шаардлагатай бөгөөд электролитийг ашиглахын тулд электролитийг шингэн төлөвт байлгах хэрэгтэй.

Ченийн лаборатори энэ асуудлыг шийдэхийн тулд Сан Диего дахь Калифорнийн их сургуулийн нано инженерчлэлийн профессор Мэн, Тод Паскал нартай хамтран ажилласан. Паскаль зэрэг компьютерийн мэргэжилтнүүдийн ур чадварыг Чен, Мэн зэрэг судлаачидтай хослуулснаар ууршсан электролитийг хэт их даралтгүйгээр хурдан шингэрүүлэх аргыг боловсруулжээ. Дээр дурдсан ажилтнууд нь Сан Диего дахь Калифорнийн Их Сургуулийн Материалын Судалгааны Шинжлэх Ухаан, Инженерийн Төв (MRSEC)-тэй холбоотой байдаг.

Энэ арга нь хийн молекулууд нано хэмжээтэй жижиг орон зайд баригдах үед аяндаа конденсацдаг физик үзэгдлээс авсан. Энэ үзэгдлийг хялгасан судасны конденсаци гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь хий бага даралттай шингэн болж хувирдаг. Судалгааны баг энэ үзэгдлийг хэт нам температурт батерейны электролит буюу фторметан хийгээр хийсэн шингэрүүлсэн хийн электролитийг тогтворжуулах чадвартай зай тусгаарлагчийг бүтээхэд ашигласан. Судлаачид мембраныг бүтээхдээ металл-органик хүрээ (MOF) хэмээх сүвэрхэг талст материалыг ашигласан. СЯ-ны өвөрмөц зүйл нь фторметан хийн молекулуудыг барьж, харьцангуй бага даралтаар өтгөрүүлэх чадвартай жижиг нүхээр дүүрэн байдаг. Жишээлбэл, флюорометан нь ихэвчлэн хасах 30 ° C-д багасаж, 118 psi хүчтэй; Харин СЯ ашигласан тохиолдолд ижил температурт сүвэрхэг хэсгийн конденсацийн даралт ердөө 11 psi байна.

Чен хэлэхдээ: "Энэ СЯ нь электролитийн ажиллахад шаардагдах даралтыг эрс багасгадаг. Тиймээс манай батерей нь бага температурт муудахгүйгээр их хэмжээний хүчин чадлыг хангаж чадна." Судлаачид СЯ-нд суурилсан тусгаарлагчийг лити-ион батерейнд туршиж үзсэн. . Лити-ион батерей нь фтор нүүрстөрөгчийн катод ба лити металлын анодаас бүрдэнэ. Энэ нь фторметаныг шингэрүүлэхэд шаардагдах даралтаас хамаагүй бага, 70 psi-ийн дотоод даралттай хийн фторметан электролитээр дүүргэх боломжтой. Батерей нь өрөөний температурын хүчин чадлын 57% -ийг хасах 40 ° C-д хадгалах боломжтой хэвээр байна. Үүний эсрэгээр, ижил температур, даралттай үед фторметан агуулсан хийн электролит ашиглан арилжааны диафрагмын батерейны хүч бараг тэг байна.

СЯ сепаратор дээр суурилсан бичил нүхнүүд нь гол түлхүүр юм, учир нь эдгээр бичил нүхнүүд нь даралт багассан ч батарейнд илүү их электролит урсаж чаддаг. Арилжааны диафрагм нь том нүхтэй бөгөөд бага даралтын дор хийн электролитийн молекулуудыг барьж чадахгүй. Гэхдээ ийм нөхцөлд диафрагм сайн ажилладаг цорын ганц шалтгаан нь бичил сүвэрхэг биш юм. Судлаачдын бүтээсэн диафрагм нь нүх сүвийг нэг төгсгөлөөс нөгөө төгсгөл хүртэл тасралтгүй зам үүсгэх боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр литийн ионууд диафрагмаар чөлөөтэй урсах боломжийг олгодог. Туршилтаар хасах 40 хэмд шинэ диафрагмыг ашигласан батерейны ионы дамжуулалт нь арилжааны диафрагмыг ашигладаг батерейгаас арав дахин их байна.

Ченийн баг одоогоор СЯ-д суурилсан тусгаарлагчийг бусад электролит дээр туршиж байна. Чен хэлэхдээ: "Бид ижил төстэй үр нөлөөг харсан. Энэхүү СЯ-ыг тогтворжуулагч болгон ашигласнаар янз бүрийн электролитийн молекулуудыг шингээж, дэгдэмхий электролит бүхий уламжлалт лити батерейг оролцуулан батерейны аюулгүй байдлыг сайжруулах боломжтой."