Mae peirianwyr wedi datblygu gwahanydd sy'n sefydlogi electrolytau nwyol i wneud batris tymheredd isel iawn yn fwy diogel

Yn ôl adroddiadau cyfryngau tramor, mae peirianwyr nano ym Mhrifysgol California San Diego wedi datblygu gwahanydd batri a all weithredu fel rhwystr rhwng y catod a'r anod i atal yr electrolyt nwyol yn y batri rhag anweddu. Mae'r diaffram newydd yn atal pwysau mewnol y storm rhag cronni, a thrwy hynny atal y batri rhag chwyddo a ffrwydro.

Dywedodd yr arweinydd ymchwil, Zheng Chen, athro nanobeirianneg yn Ysgol Beirianneg Jacobs ym Mhrifysgol California, San Diego: "Trwy ddal moleciwlau nwy, gall y bilen weithredu fel sefydlogwr ar gyfer electrolytau anweddol."

Gall y gwahanydd newydd wella perfformiad batri ar dymheredd uwch-isel. Gall y gell batri sy'n defnyddio'r diaffram weithredu ar minws 40 ° C, a gall y gallu fod mor uchel â 500 miliampere awr y gram, tra bod gan y batri diaffram masnachol bron yn sero pŵer yn yr achos hwn. Dywed ymchwilwyr, hyd yn oed os na chaiff ei ddefnyddio am ddau fis, mae gallu celloedd batri yn dal i fod yn uchel. Mae'r perfformiad hwn yn dangos y gall y diaffram hefyd ymestyn yr oes storio. Mae'r darganfyddiad hwn yn caniatáu i ymchwilwyr gyflawni eu nod ymhellach: cynhyrchu batris a all ddarparu trydan i gerbydau mewn amgylcheddau rhewllyd, megis llongau gofod, lloerennau, a llongau môr dwfn.

Mae'r ymchwil hwn yn seiliedig ar astudiaeth yn labordy Ying Shirley Meng, athro nanobeirianneg ym Mhrifysgol California, San Diego. Mae'r ymchwil hwn yn defnyddio electrolyt nwy hylifedig penodol i ddatblygu batri a all gynnal perfformiad da mewn amgylchedd llai 60 ° C am y tro cyntaf. Yn eu plith, mae'r electrolyt nwy hylifedig yn nwy sy'n cael ei hylifo trwy gymhwyso pwysau ac mae'n fwy gwrthsefyll tymheredd isel nag electrolytau hylif traddodiadol.

Ond mae gan y math hwn o electrolyte ddiffyg; mae'n hawdd newid o hylif i nwy. Dywedodd Chen: "Y broblem hon yw'r mater diogelwch mwyaf ar gyfer yr electrolyte hwn." Mae angen cynyddu'r pwysau i gyddwyso'r moleciwlau hylif a chadw'r electrolyte mewn cyflwr hylif i ddefnyddio'r electrolyte.

Cydweithiodd labordy Chen â Meng a Tod Pascal, athro nanobeirianneg ym Mhrifysgol California, San Diego, i ddatrys y broblem hon. Trwy gyfuno arbenigedd arbenigwyr cyfrifiadurol fel Pascal ag ymchwilwyr fel Chen a Meng, mae dull wedi'i ddatblygu i hylifo'r electrolyte anwedd heb gymhwyso gormod o bwysau yn gyflym. Mae'r personél a grybwyllir uchod yn gysylltiedig â Chanolfan Gwyddoniaeth a Pheirianneg Ymchwil Deunyddiau (MRSEC) Prifysgol California, San Diego.

Mae'r dull hwn yn benthyg o ffenomen ffisegol lle mae moleciwlau nwy yn cyddwyso'n ddigymell wrth eu dal mewn gofodau nano-raddfa fechan. Gelwir y ffenomen hon yn anwedd capilari, a all wneud i'r nwy ddod yn hylif ar bwysedd is. Defnyddiodd y tîm ymchwil y ffenomen hon i adeiladu gwahanydd batri a all sefydlogi'r electrolyte mewn batris tymheredd isel iawn, sef electrolyt nwy hylifedig wedi'i wneud o nwy fflworomethane. Defnyddiodd yr ymchwilwyr ddeunydd crisialog mandyllog o'r enw fframwaith metel-organig (MOF) i greu'r bilen. Y peth unigryw am MOF yw ei fod yn llawn mandyllau bach, sy'n gallu dal moleciwlau nwy fflworomethan a'u cyddwyso ar bwysedd cymharol isel. Er enghraifft, mae fflworomethan fel arfer yn crebachu ar finws 30°C ac mae ganddo rym o 118 psi; ond os defnyddir MOF, dim ond 11 psi yw pwysedd cyddwysiad mandyllog ar yr un tymheredd.

Dywedodd Chen: "Mae'r MOF hwn yn lleihau'n sylweddol y pwysau sydd ei angen ar yr electrolyte i weithio. Felly, gall ein batri ddarparu llawer iawn o gapasiti ar dymheredd isel heb ddiraddio." Profodd yr ymchwilwyr wahanydd MOF mewn batri lithiwm-ion. . Mae'r batri lithiwm-ion yn cynnwys catod fflworocarbon ac anod metel lithiwm. Gall ei lenwi ag electrolyt fflworomethan nwyol ar bwysedd mewnol o 70 psi, sy'n llawer is na'r pwysau sydd ei angen ar gyfer hylifo fflworomethan. Gall y batri barhau i gynnal 57% o'i gapasiti tymheredd ystafell ar minws 40 ° C. Mewn cyferbyniad, ar yr un tymheredd a phwysau, mae pŵer batri diaffram masnachol gan ddefnyddio electrolyt nwyol sy'n cynnwys fflworomethane bron yn sero.

Y micropores sy'n seiliedig ar y gwahanydd MOF yw'r allwedd oherwydd gall y micropores hyn gadw mwy o electrolytau i lifo yn y batri hyd yn oed o dan bwysau llai. Mae gan y diaffram masnachol mandyllau mawr ac ni all gadw moleciwlau electrolyt nwyol o dan bwysau llai. Ond nid micromandylledd yw'r unig reswm y mae diaffram yn gweithio'n dda o dan yr amodau hyn. Mae'r diaffram a ddyluniwyd gan yr ymchwilwyr hefyd yn caniatáu i'r mandyllau ffurfio llwybr parhaus o un pen i'r llall, a thrwy hynny sicrhau y gall ïonau lithiwm lifo'n rhydd trwy'r diaffram. Yn y prawf, mae dargludedd ïonig y batri gan ddefnyddio'r diaffram newydd ar minws 40 ° C ddeg gwaith yn fwy na'r batri sy'n defnyddio'r diaffram masnachol.

Ar hyn o bryd mae tîm Chen yn profi gwahanyddion MOF ar electrolytau eraill. Dywedodd Chen: "Rydym wedi gweld effeithiau tebyg. Trwy ddefnyddio'r MOF hwn fel sefydlogwr, gellir adsorbed moleciwlau electrolyt amrywiol i wella diogelwch batri, gan gynnwys batris lithiwm traddodiadol ag electrolytau anweddol."