L'ingegneri anu sviluppatu un separatore chì stabilizza l'elettroliti gassosi per fà e batterie di temperatura ultra-bassa più sicura

Sicondu i rapporti di i media straneri, l'ingegneri nano in l'Università di California San Diego anu sviluppatu un separatore di batterie chì pò esse una barriera trà u cathode è l'anodu per impediscenu l'elettroliti gassosi in a bateria da vaporizing. U novu diafragma impedisce l'accumulazione di a pressione interna di a tempesta, impediscendu cusì chì a bateria s'inflassi è splode.

U capu di ricerca, Zheng Chen, prufissore di nanoingegneria in a Jacobs School of Engineering di l'Università di California, San Diego, hà dettu: "Intrappendu e molécule di gasu, a membrana pò agisce cum'è stabilizzante per l'elettroliti volatili".

U novu separatore pò migliurà u rendiment di a bateria à temperature ultra-basse. A cellula di a bateria chì usa u diafragma pò funziunà à minus 40 ° C, è a capacità pò esse alta cum'è 500 milliampere ore per gramma, mentre chì a bateria di diafragma cummerciale hà quasi zero putenza in questu casu. I circadori dicenu chì ancu s'ellu hè lasciatu inutilizatu per dui mesi, a capacità di a batteria hè sempre alta. Questa prestazione mostra chì u diafragma pò ancu allargà a vita di almacenamiento. Sta scuperta permette à i circadori di ghjunghje u so scopu più: pruduce batterie chì ponu furnisce l'electricità per i veiculi in ambienti ghiacciati, cum'è navi spaziali, satelliti è navi di u mare.

Sta ricerca hè basatu annantu à un studiu in u laboratoriu di Ying Shirley Meng, prufissore di nanoingegneria à l'Università di California, San Diego. Sta ricerca usa un elettrolitu di gas licuatu particulare per sviluppà una bateria chì pò mantene un bonu rendimentu in un ambiente minus 60 ° C per a prima volta. Frà elli, l'elettroliti di gasu licu hè un gasu chì hè licuatu da l'appiccicazione di pressione è hè più resistente à a bassa temperatura di l'elettroliti liquidi tradiziunali.

Ma stu tipu d'elettroliti hà un difettu; hè faciule cambià da u liquidu à u gasu. Chen hà dettu: "Stu prublema hè u più grande prublema di sicurezza per questu elettrolitu". A pressione deve esse aumentata per cundensà e molécule di liquidu è mantene l'elettrolitu in un statu liquidu per utilizà l'elettrolitu.

U laboratoriu di Chen hà cullaburatu cù Meng è Tod Pascal, prufissore di nanoingegneria à l'Università di California, San Diego, per risolve stu prublema. Cumminendu l'expertise di l'esperti di l'informatica cum'è Pascal cù circadori cum'è Chen è Meng, un metudu hè statu sviluppatu per liquefy l'elettrolitu vaporizatu senza applicà troppu pressione rapidamente. U persunale sopra citatu hè affilatu cù u Centru di Scienza è Ingegneria di Ricerca di Materiali (MRSEC) di l'Università di California, San Diego.

Stu metudu piglia in prestito da un fenomenu fisicu in quale molécule di gas si cundensanu spontaneamente quandu intrappulati in spazii nano-scala. Stu fenominu hè chjamatu cundensazione capillari, chì pò fà chì u gasu diventa liquidu à una pressione più bassa. U gruppu di ricerca hà utilizatu stu fenomenu per custruisce un separatore di batterie chì pò stabilizzà l'elettroliti in batterie di temperatura ultra-bassa, un elettrolitu di gas licuatu fattu di gas fluoromethane. I circadori anu utilizatu un materiale cristalinu poroso chjamatu un framework metal-organic (MOF) per creà a membrana. A cosa unica di MOF hè chì hè piena di pori minusculi, chì ponu intrappulà e molécule di gas fluoromethane è cundensate à una pressione relativamente bassa. Per esempiu, fluoromethane di solitu shrinks à minus 30 ° C è hà una forza di 118 psi; ma s'ellu si usa MOF, a prissioni di cundensazione di porosa à a listessa temperatura hè solu 11 psi.

Chen hà dettu: "Questu MOF reduce significativamente a pressione necessaria per l'elettrolitu per travaglià. Per quessa, a nostra bateria pò furnisce una grande quantità di capacità à bassa temperatura senza degradazione ". I circadori anu pruvatu un separatore basatu MOF in una bateria di lithium-ion. . A bateria di lithium-ion hè custituita da un catodu di fluorocarbonu è un anodu di lithium metal. Puderà chjappà cù un elettrolitu di fluoromethane gassoso à una pressione interna di 70 psi, assai più bassu di a pressione necessaria per licuà u fluoromethane. A bateria pò ancu mantene 57% di a so capacità di a temperatura di l'ambienti à minus 40 ° C. In cuntrastu, à a listessa temperatura è pressione, u putere di una bateria di diafragma cummerciale chì usa un elettrolitu gasu chì cuntene fluoromethane hè quasi zero.

I micropori basati nantu à u separatore MOF sò a chjave perchè questi micropori ponu mantene più elettroliti chì scorri in a bateria ancu sottu pressione ridutta. U diafragma cummerciale hà pori grossi è ùn pò micca mantene e molécule d'elettroliti gaseosi sottu pressione ridutta. Ma a microporosità ùn hè micca u solu mutivu chì u diafragma funziona bè in queste cundizioni. U diafragma cuncepitu da i circadori permette ancu à i pori di furmà un percorsu cuntinuu da una estremità à l'altru, assicurendu cusì chì i ioni di lithium ponu scorri liberamente attraversu u diafragma. In a prova, a conductività ionica di a bateria chì usa u novu diafragma à minus 40 ° C hè deci volte quella di a bateria chì usa u diafragma cummerciale.

A squadra di Chen hè attualmente à pruvà separatori basati in MOF nantu à altri elettroliti. Chen hà dettu: "Avemu vistu effetti simili. Utilizendu stu MOF cum'è stabilizzatore, diverse molécule d'elettroliti ponu esse adsorbite per migliurà a sicurità di a bateria, cumprese e batte di lithium tradiziunali cù elettroliti volatili ".