Инженерлер өтө төмөн температурадагы батареяларды коопсуз кылуу үчүн газ түрүндөгү электролиттерди турукташтыруучу сепараторду иштеп чыгышты.

Чет элдик басылмалардын маалыматына караганда, Сан-Диегодогу Калифорния университетинин нано инженерлери батареядагы газ түрүндөгү электролиттин бууланып кетишине жол бербөө үчүн катод менен аноддун ортосунда тосмо кызматын аткара ала турган аккумулятордук сепараторду ойлоп табышты. Жаңы диафрагма бороондун ички басымынын топтолушуна жол бербейт, ошону менен батареянын шишип, жарылуусуна жол бербейт.

Изилдөөнүн лидери, Сан-Диегодогу Калифорния университетинин Джейкобс инженердик мектебинин наноинженердик профессору Чжэн Чен мындай деди: "Газ молекулаларын кармоо менен мембрана учуучу электролиттер үчүн стабилизатор катары иштей алат."

Жаңы сепаратор өтө төмөн температурада батареянын иштешин жакшыртат. Диафрагманы колдонгон батареянын клеткасы минус 40°C температурада иштей алат жана кубаттуулугу граммына 500 миллиампер саатка чейин болушу мүмкүн, ал эми коммерциялык диафрагма батареясы бул учурда дээрлик нөлгө барабар күчкө ээ. Изилдөөчүлөрдүн айтымында, ал эки ай колдонулбай калса дагы, батареянын клеткасынын сыйымдуулугу жогору бойдон калууда. Бул көрсөткүч диафрагма сактоо мөөнөтүн узарта аларын көрсөтүп турат. Бул ачылыш изилдөөчүлөргө мындан ары максатына жетүүгө мүмкүндүк берет: космостук кемелер, спутниктер жана терең деңиздеги кемелер сыяктуу муздуу чөйрөлөрдө унааларды электр энергиясы менен камсыз кыла ала турган батареяларды өндүрүү.

Бул изилдөө Сан-Диегодогу Калифорния университетинин наноинженердик профессору Йинг Ширли Мэндин лабораториясындагы изилдөөсүнө негизделген. Бул изилдөө биринчи жолу минус 60°C чөйрөдө жакшы өндүрүмдүүлүгүн сактай ала турган батареяны иштеп чыгуу үчүн өзгөчө суюлтулган газ электролитин колдонот. Алардын ичинен суюлтулган газ электролити – бул газ, ал басым көрсөтүү менен суюлтулган жана салттуу суюк электролиттерге караганда төмөн температурага туруктуураак.

Бирок электролиттин бул түрү бир кемчилиги бар; суюктуктан газга өтүү оңой. Чен мындай деди: "Бул көйгөй бул электролит үчүн эң чоң коопсуздук маселеси." Суюктук молекулаларын конденсациялоо жана электролитти колдонуу үчүн электролитти суюк абалда кармоо үчүн басымды жогорулатуу керек.

Чендин лабораториясы бул көйгөйдү чечүү үчүн Сан-Диегодогу Калифорния университетинин наноинженердик профессору Мэн жана Тод Паскаль менен кызматташкан. Паскаль сыяктуу эсептөө адистеринин тажрыйбасын Чен жана Менг сыяктуу изилдөөчүлөр менен айкалыштыруу менен бууланган электролиттерди тез арада өтө көп басым жасабастан суюлтуу ыкмасы иштелип чыкты. Жогоруда айтылган персонал Сан-Диегодогу Калифорния университетинин Материалдарды изилдөө илим жана инженерия борбору (MRSEC) менен байланышы бар.

Бул ыкма кичинекей нано масштабдуу мейкиндиктерге камалып жатканда газ молекулалары өзүнөн-өзү конденсацияланган физикалык кубулуштан алынган. Бул кубулуш капиллярдык конденсация деп аталат, ал газды төмөнкү басымда суюктукка айландырышы мүмкүн. Изилдөө тобу бул көрүнүштү флюорометан газынан жасалган суюлтулган газ электролитинин өтө төмөн температурадагы аккумуляторлордогу электролиттерди турукташтыра турган батарея сепараторун куруу үчүн колдонду. Окумуштуулар мембрананы түзүү үчүн металл-органикалык алкак (MOF) деп аталган тешиктүү кристаллдык материалды колдонушкан. MOFтин уникалдуу жагы - бул флюорометан газынын молекулаларын кармап, аларды салыштырмалуу төмөн басымда конденсациялай турган кичинекей тешикчелерге толгон. Мисалы, флюорометан, адатта, минус 30°Cде кичирейет жана 118 psi күчкө ээ; бирок MOF колдонулса, ошол эле температурада тешиктүү конденсация басымы 11 psi гана болот.

Чен мындай деди: "Бул MOF олуттуу электролит иштеши үчүн талап кылынган басымды азайтат. Ошондуктан, биздин батарейка начарлоосу жок төмөн температурада кубаттуулугу көп сандагы камсыз кыла алат." Окумуштуулар литий-иондук батареяда MOF негизиндеги сепараторду сынап көрүштү. . Литий-иондук аккумулятор флюорокарбон катодунан жана литий металл анодунан турат. Ал флюорометанды суюлтуу үчүн талап кылынган басымдан алда канча төмөн, ички басымы 70 psi болгон газ түрүндөгү флюорометан электролит менен толтура алат. Батарея дагы эле минус 57°C бөлмө температурасынын сыйымдуулугунун 40% сактай алат. Ал эми, ошол эле температурада жана басымда, флюорометанды камтыган газ түрүндөгү электролиттерди колдонгон коммерциялык диафрагма батареясынын күчү дээрлик нөлгө барабар.

MOF сепараторунун негизиндеги микротешикчелер ачкыч болуп саналат, анткени бул микротешикчелер батарейкада көбүрөөк электролиттер агып турушу мүмкүн, атүгүл кыскартылган басымда. Коммерциялык диафрагма чоң тешикчелерге ээ жана кыскартылган басымда газ түрүндөгү электролит молекулаларын кармай албайт. Бирок микропороздук диафрагманын мындай шарттарда жакшы иштешинин жалгыз себеби эмес. Изилдөөчүлөр тарабынан иштелип чыккан диафрагма тешикчелердин бир учунан экинчи четине чейин үзгүлтүксүз жолду түзүүгө мүмкүндүк берет, ошону менен литий иондорунун диафрагма аркылуу эркин агып өтүшүн камсыздайт. Сыноодо жаңы диафрагманы колдонгон аккумулятордун иондук өткөрүмдүүлүгү минус 40°Cде коммерциялык диафрагманы колдонгон батареядан он эсе көп.

Чендин командасы учурда MOF негизиндеги сепараторлорду башка электролиттерде сынап жатат. Чен мындай деди: "Биз окшош таасирлерин көрдүк. Бул MOF бир стабилизатор катары колдонуу менен, ар кандай электролит молекулалары учуучу электролиттер менен салттуу литий батареяларды, анын ичинде батареянын коопсуздугун жакшыртуу үчүн adsorbed болот."