Ang mga inhinyero ay nakabuo ng isang separator na nagpapatatag ng mga gas na electrolyte upang gawing mas ligtas ang mga bateryang napakababa ng temperatura

Ayon sa mga ulat ng dayuhang media, ang mga nano engineer sa Unibersidad ng California San Diego ay nakabuo ng isang separator ng baterya na maaaring kumilos bilang isang hadlang sa pagitan ng cathode at anode upang maiwasan ang gaseous electrolyte sa baterya mula sa singaw. Pinipigilan ng bagong diaphragm ang panloob na presyon ng bagyo mula sa pag-iipon, sa gayon ay pinipigilan ang baterya mula sa pamamaga at pagsabog.

Ang pinuno ng pananaliksik, si Zheng Chen, propesor ng nanoengineering sa Jacobs School of Engineering sa Unibersidad ng California, San Diego, ay nagsabi: "Sa pamamagitan ng pag-trap ng mga molekula ng gas, ang lamad ay maaaring kumilos bilang isang stabilizer para sa pabagu-bago ng isip electrolytes."

Ang bagong separator ay maaaring mapabuti ang pagganap ng baterya sa napakababang temperatura. Ang cell ng baterya na gumagamit ng diaphragm ay maaaring gumana sa minus 40°C, at ang kapasidad ay maaaring kasing taas ng 500 milliampere na oras bawat gramo, habang ang komersyal na diaphragm na baterya ay halos walang kapangyarihan sa kasong ito. Sinasabi ng mga mananaliksik na kahit na hindi ito ginagamit sa loob ng dalawang buwan, mataas pa rin ang kapasidad ng cell ng baterya. Ang pagganap na ito ay nagpapakita na ang diaphragm ay maaari ding pahabain ang buhay ng imbakan. Ang pagtuklas na ito ay nagpapahintulot sa mga mananaliksik na makamit ang kanilang layunin nang higit pa: upang makabuo ng mga baterya na maaaring magbigay ng kuryente para sa mga sasakyan sa nagyeyelong kapaligiran, tulad ng spacecraft, satellite, at deep-sea ships.

Ang pananaliksik na ito ay batay sa isang pag-aaral sa laboratoryo ni Ying Shirley Meng, propesor ng nanoengineering sa Unibersidad ng California, San Diego. Gumagamit ang pananaliksik na ito ng partikular na liquefied gas electrolyte upang bumuo ng baterya na maaaring mapanatili ang mahusay na pagganap sa isang kapaligiran na minus 60°C sa unang pagkakataon. Kabilang sa mga ito, ang liquefied gas electrolyte ay isang gas na natunaw sa pamamagitan ng paglalapat ng presyon at mas lumalaban sa mababang temperatura kaysa sa tradisyonal na mga likidong electrolyte.

Ngunit ang ganitong uri ng electrolyte ay may depekto; ito ay madaling baguhin mula sa likido patungo sa gas. Sinabi ni Chen: "Ang problemang ito ay ang pinakamalaking isyu sa kaligtasan para sa electrolyte na ito." Ang presyon ay kailangang tumaas upang paikliin ang mga likidong molekula at panatilihin ang electrolyte sa isang likidong estado upang magamit ang electrolyte.

Nakipagtulungan ang laboratoryo ni Chen kina Meng at Tod Pascal, propesor ng nanoengineering sa Unibersidad ng California, San Diego, upang malutas ang problemang ito. Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng kadalubhasaan ng mga eksperto sa pag-compute tulad ni Pascal sa mga mananaliksik tulad nina Chen at Meng, isang paraan ay binuo upang matunaw ang singaw na electrolyte nang hindi nag-aaplay ng masyadong maraming presyon nang mabilis. Ang mga tauhan na binanggit sa itaas ay kaakibat ng Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC) ng University of California, San Diego.

Ang pamamaraang ito ay humihiram mula sa isang pisikal na kababalaghan kung saan ang mga molekula ng gas ay kusang namumuo kapag nakulong sa maliliit na nano-scale na espasyo. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na capillary condensation, na maaaring gawing likido ang gas sa mas mababang presyon. Ginamit ng pangkat ng pananaliksik ang hindi pangkaraniwang bagay na ito upang bumuo ng isang separator ng baterya na maaaring patatagin ang electrolyte sa mga ultra-low temperature na baterya, isang liquefied gas electrolyte na gawa sa fluoromethane gas. Gumamit ang mga mananaliksik ng buhaghag na mala-kristal na materyal na tinatawag na metal-organic framework (MOF) upang lumikha ng lamad. Ang kakaiba sa MOF ay puno ito ng maliliit na pores, na maaaring maka-trap ng mga molekula ng fluoromethane gas at i-condense ang mga ito sa medyo mababang presyon. Halimbawa, ang fluoromethane ay karaniwang lumiliit sa minus 30°C at may puwersang 118 psi; ngunit kung MOF ang gagamitin, ang condensation pressure ng porous sa parehong temperatura ay 11 psi lamang.

Sinabi ni Chen: "Ang MOF na ito ay makabuluhang binabawasan ang presyon na kinakailangan para sa electrolyte upang gumana. Samakatuwid, ang aming baterya ay maaaring magbigay ng isang malaking halaga ng kapasidad sa mababang temperatura nang walang degradasyon." Sinubukan ng mga mananaliksik ang isang separator na nakabatay sa MOF sa isang baterya ng lithium-ion. . Ang baterya ng lithium-ion ay binubuo ng isang fluorocarbon cathode at isang lithium metal anode. Maaari itong punan ito ng isang gaseous fluoromethane electrolyte sa panloob na presyon na 70 psi, mas mababa kaysa sa presyon na kinakailangan para sa pagtunaw ng fluoromethane. Mapapanatili pa rin ng baterya ang 57% ng kapasidad ng temperatura ng silid nito sa minus 40°C. Sa kaibahan, sa parehong temperatura at presyon, ang kapangyarihan ng isang komersyal na diaphragm na baterya gamit ang isang gaseous electrolyte na naglalaman ng fluoromethane ay halos zero.

Ang mga micropores batay sa MOF separator ay ang susi dahil ang mga micropores na ito ay maaaring panatilihing mas maraming electrolyte ang dumadaloy sa baterya kahit na sa ilalim ng pinababang presyon. Ang komersyal na diaphragm ay may malalaking pores at hindi maaaring mapanatili ang mga gaseous electrolyte molecule sa ilalim ng pinababang presyon. Ngunit ang microporosity ay hindi lamang ang dahilan kung bakit gumagana nang maayos ang diaphragm sa ilalim ng mga kundisyong ito. Ang dayapragm na idinisenyo ng mga mananaliksik ay nagpapahintulot din sa mga pores na bumuo ng tuluy-tuloy na landas mula sa isang dulo hanggang sa kabilang dulo, sa gayo'y tinitiyak na ang mga lithium ions ay maaaring malayang dumaloy sa diaphragm. Sa pagsubok, ang ionic conductivity ng baterya gamit ang bagong diaphragm sa minus 40°C ay sampung beses kaysa sa baterya gamit ang commercial diaphragm.

Kasalukuyang sinusuri ng pangkat ni Chen ang mga separator na nakabase sa MOF sa iba pang mga electrolyte. Sinabi ni Chen: "Nakakita kami ng mga katulad na epekto. Sa pamamagitan ng paggamit ng MOF na ito bilang isang stabilizer, ang iba't ibang mga molekula ng electrolyte ay maaaring i-adsorbed upang mapabuti ang kaligtasan ng baterya, kabilang ang mga tradisyonal na baterya ng lithium na may pabagu-bago ng mga electrolyte."