Главная / Блог / Инженеры разработали сепаратор, который стабилизирует газообразные электролиты, чтобы сделать сверхнизкотемпературные аккумуляторы более безопасными.

Инженеры разработали сепаратор, который стабилизирует газообразные электролиты, чтобы сделать сверхнизкотемпературные аккумуляторы более безопасными.

20 окт 2021

By Хоппт

По сообщениям зарубежных СМИ, инженеры-наноинженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали аккумуляторный сепаратор, который может выступать в качестве барьера между катодом и анодом для предотвращения испарения газообразного электролита в аккумуляторе. Новая диафрагма предотвращает накопление внутреннего давления шторма, тем самым предотвращая вздутие и взрыв батареи.

Руководитель исследования Чжэн Чен, профессор наноинженерии в Инженерной школе Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего, сказал: «Улавливая молекулы газа, мембрана может действовать как стабилизатор летучих электролитов».

Новый сепаратор может повысить производительность батареи при сверхнизких температурах. Аккумуляторная батарея с использованием диафрагмы может работать при минус 40°С, а емкость может достигать 500 миллиампер-часов на грамм, в то время как промышленная диафрагменная батарея имеет в этом случае практически нулевую мощность. Исследователи говорят, что даже если он не используется в течение двух месяцев, емкость аккумуляторной батареи остается высокой. Эти характеристики показывают, что диафрагма также может продлить срок хранения. Это открытие позволяет исследователям еще больше достичь своей цели: производить батареи, которые могут обеспечивать электроэнергией транспортные средства в ледяной среде, такие как космические корабли, спутники и глубоководные корабли.

Это исследование основано на исследовании в лаборатории Ин Ширли Мэн, профессора наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего. В этом исследовании используется особый сжиженный газовый электролит для разработки батареи, которая впервые может сохранять хорошие характеристики при температуре окружающей среды минус 60°C. Среди них сжиженный газовый электролит представляет собой газ, который сжижается под давлением и более устойчив к низким температурам, чем традиционные жидкие электролиты.

Но у такого электролита есть недостаток; легко перейти с жидкости на газ. Чен сказал: «Эта проблема является самой большой проблемой безопасности для этого электролита». Давление необходимо увеличить, чтобы сконденсировать молекулы жидкости и сохранить электролит в жидком состоянии, чтобы использовать электролит.

Лаборатория Чена сотрудничала с Менгом и Тодом Паскалем, профессорами наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего, чтобы решить эту проблему. Объединив опыт компьютерных экспертов, таких как Паскаль, с исследователями, такими как Чен и Мэн, был разработан метод сжижения испаренного электролита без быстрого приложения слишком большого давления. Упомянутый выше персонал работает в Центре материаловедения и инженерии (MRSEC) Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Этот метод основан на физическом явлении, при котором молекулы газа спонтанно конденсируются, попав в крошечные нанопространства. Это явление называется капиллярной конденсацией, при которой газ может стать жидким при более низком давлении. Исследовательская группа использовала это явление для создания аккумуляторного сепаратора, который может стабилизировать электролит в сверхнизкотемпературных батареях, представляющий собой сжиженный газовый электролит, изготовленный из газообразного фторметана. Исследователи использовали пористый кристаллический материал, называемый металлоорганическим каркасом (MOF), для создания мембраны. Уникальность MOF заключается в том, что он полон крошечных пор, которые могут улавливать молекулы газообразного фторметана и конденсировать их при относительно низком давлении. Например, фторметан обычно дает усадку при минус 30°С и имеет усилие 118 фунтов на квадратный дюйм; но если используется MOF, давление конденсации пористого материала при той же температуре составляет всего 11 фунтов на квадратный дюйм.

Чен сказал: «Этот MOF значительно снижает давление, необходимое для работы электролита. Таким образом, наша батарея может обеспечивать большую емкость при низких температурах без ухудшения характеристик». Исследователи протестировали сепаратор на основе MOF в литий-ионной батарее. . Литий-ионный аккумулятор состоит из фторуглеродного катода и металлического литиевого анода. Он может заполнить его газообразным фторметановым электролитом при внутреннем давлении 70 фунтов на квадратный дюйм, что намного ниже, чем давление, необходимое для сжижения фторметана. Аккумулятор по-прежнему может поддерживать 57% своей емкости при комнатной температуре при минус 40°C. Напротив, при тех же температуре и давлении мощность промышленной диафрагменной батареи, использующей газообразный электролит, содержащий фторметан, практически равна нулю.

Микропоры на основе сепаратора MOF являются ключевыми, поскольку эти микропоры могут удерживать больше электролитов в аккумуляторе даже при пониженном давлении. Коммерческая диафрагма имеет большие поры и не может удерживать газообразные молекулы электролита при пониженном давлении. Но микропористость — не единственная причина, по которой диафрагма хорошо работает в этих условиях. Диафрагма, разработанная исследователями, также позволяет порам образовывать непрерывный путь от одного конца к другому, тем самым обеспечивая свободное прохождение ионов лития через диафрагму. В ходе испытаний ионная проводимость батареи с новой диафрагмой при температуре минус 40°C в десять раз больше, чем у батареи с имеющейся в продаже диафрагмой.

В настоящее время команда Чена тестирует сепараторы на основе MOF на других электролитах. Чен сказал: «Мы наблюдали аналогичные эффекты. Используя этот MOF в качестве стабилизатора, можно адсорбировать различные молекулы электролита для повышения безопасности батареи, включая традиционные литиевые батареи с летучими электролитами».

close_white
Закрыть

Напишите запрос здесь

ответ в течение 6 часов, любые вопросы приветствуются!

    [класс^="wpforms-"]
    [класс^="wpforms-"]