Inxhinierët kanë zhvilluar një ndarës që stabilizon elektrolitet e gazta për t'i bërë më të sigurta bateritë me temperaturë ultra të ulët

Sipas raporteve të mediave të huaja, nano-inxhinierët në Universitetin e Kalifornisë në San Diego kanë zhvilluar një ndarës baterie që mund të veprojë si një pengesë midis katodës dhe anodës për të parandaluar avullimin e elektrolitit të gaztë në bateri. Diafragma e re parandalon akumulimin e presionit të brendshëm të stuhisë, duke parandaluar kështu fryrjen dhe shpërthimin e baterisë.

Udhëheqësi i kërkimit, Zheng Chen, profesor i nanoinxhinierisë në Shkollën e Inxhinierisë Jacobs në Universitetin e Kalifornisë, San Diego, tha: "Duke bllokuar molekulat e gazit, membrana mund të veprojë si një stabilizues për elektrolitet e paqëndrueshme".

Ndarësi i ri mund të përmirësojë performancën e baterisë në temperatura shumë të ulëta. Celulari i baterisë që përdor diafragmën mund të funksionojë në minus 40°C dhe kapaciteti mund të jetë deri në 500 miliamper orë për gram, ndërsa bateria komerciale e diafragmës ka fuqi pothuajse zero në këtë rast. Studiuesit thonë se edhe nëse nuk përdoret për dy muaj, kapaciteti i baterisë është ende i lartë. Kjo performancë tregon se diafragma gjithashtu mund të zgjasë jetën e ruajtjes. Ky zbulim i lejon studiuesit të arrijnë qëllimin e tyre më tej: të prodhojnë bateri që mund të sigurojnë energji elektrike për automjetet në mjedise të akullta, si anijet kozmike, satelitët dhe anijet në det të thellë.

Ky hulumtim bazohet në një studim në laboratorin e Ying Shirley Meng, profesor i nanoinxhinierisë në Universitetin e Kalifornisë, San Diego. Ky studim përdor një elektrolit të veçantë të gazit të lëngshëm për të zhvilluar një bateri që mund të mbajë performancë të mirë në një mjedis minus 60°C për herë të parë. Midis tyre, elektroliti i gazit të lëngshëm është një gaz që lëngohet duke ushtruar presion dhe është më rezistent ndaj temperaturave të ulëta se elektrolitet tradicionale të lëngëta.

Por ky lloj elektroliti ka një defekt; është e lehtë të ndryshohet nga lëng në gaz. Chen tha: "Ky problem është çështja më e madhe e sigurisë për këtë elektrolit." Presioni duhet të rritet për të kondensuar molekulat e lëngshme dhe për të mbajtur elektrolitin në gjendje të lëngshme për të përdorur elektrolitin.

Laboratori i Chen bashkëpunoi me Meng dhe Tod Pascal, profesor i nanoinxhinierisë në Universitetin e Kalifornisë, San Diego, për të zgjidhur këtë problem. Duke kombinuar ekspertizën e ekspertëve informatikë si Pascal me studiues të tillë si Chen dhe Meng, është zhvilluar një metodë për të lëngëzuar elektrolitin e avulluar pa ushtruar shumë presion shpejt. Personeli i përmendur më sipër është i lidhur me Qendrën e Shkencës dhe Inxhinierisë së Kërkimit të Materialeve (MRSEC) të Universitetit të Kalifornisë, San Diego.

Kjo metodë huazon nga një fenomen fizik në të cilin molekulat e gazit kondensohen spontanisht kur bllokohen në hapësira të vogla në shkallë nano. Ky fenomen quhet kondensim kapilar, i cili mund të bëjë që gazi të bëhet i lëngshëm me një presion më të ulët. Ekipi hulumtues përdori këtë fenomen për të ndërtuar një ndarës baterish që mund të stabilizojë elektrolitin në bateritë me temperaturë ultra të ulët, një elektrolit i gazit të lëngshëm i bërë nga gazi fluorometan. Studiuesit përdorën një material kristalor poroz të quajtur një kornizë metalo-organike (MOF) për të krijuar membranën. Gjëja unike në lidhje me MOF është se ajo është plot me pore të vogla, të cilat mund të bllokojnë molekulat e gazit fluorometan dhe t'i kondensojnë ato në presion relativisht të ulët. Për shembull, fluorometani zakonisht tkurret në minus 30°C dhe ka një forcë prej 118 psi; por nëse përdoret MOF, presioni i kondensimit të porozit në të njëjtën temperaturë është vetëm 11 psi.

Chen tha: "Ky MOF redukton ndjeshëm presionin e kërkuar për të punuar elektrolitin. Prandaj, bateria jonë mund të sigurojë një sasi të madhe kapaciteti në temperatura të ulëta pa degradim." Studiuesit testuan një ndarës me bazë MOF në një bateri litium-jon. . Bateria litium-jon përbëhet nga një katodë fluorokarboni dhe një anodë metalike litium. Mund ta mbushë atë me një elektrolit të gaztë fluorometani me një presion të brendshëm prej 70 psi, shumë më i ulët se presioni i kërkuar për lëngëzimin e fluorometanit. Bateria mund të ruajë ende 57% të kapacitetit të saj të temperaturës së dhomës në minus 40°C. Në të kundërt, në të njëjtën temperaturë dhe presion, fuqia e një baterie komerciale me diafragmë që përdor një elektrolit të gaztë që përmban fluorometan është pothuajse zero.

Mikroporet e bazuara në ndarësin MOF janë çelësi sepse këto mikropore mund të mbajnë më shumë elektrolite të rrjedhin në bateri edhe nën presion të reduktuar. Diafragma komerciale ka pore të mëdha dhe nuk mund të mbajë molekulat e elektrolitit të gaztë nën presion të reduktuar. Por mikroporoziteti nuk është e vetmja arsye që diafragma funksionon mirë në këto kushte. Diafragma e krijuar nga studiuesit gjithashtu lejon poret të formojnë një rrugë të vazhdueshme nga një skaj në tjetrin, duke siguruar kështu që jonet e litiumit të mund të rrjedhin lirshëm nëpër diafragmë. Në provë, përçueshmëria jonike e baterisë që përdor diafragmën e re në minus 40°C është dhjetë herë më e madhe se ajo e baterisë që përdor diafragmën komerciale.

Ekipi i Chen aktualisht po teston ndarësit me bazë MOF në elektrolite të tjera. Chen tha: "Ne kemi parë efekte të ngjashme. Duke përdorur këtë MOF si një stabilizues, molekula të ndryshme elektrolite mund të absorbohen për të përmirësuar sigurinë e baterive, duke përfshirë bateritë tradicionale të litiumit me elektrolite të paqëndrueshme."