Инженерлер өте төмен температурадағы батареяларды қауіпсіз ету үшін газ тәрізді электролиттерді тұрақтандыратын сепаратор әзірледі.

Шетелдік БАҚ-тың хабарлауынша, Сан-Диего Калифорния университетінің нано инженерлері аккумулятордағы газ электролитінің булануын болдырмау үшін катод пен анод арасында тосқауыл бола алатын батарея сепараторын жасап шығарды. Жаңа диафрагма дауылдың ішкі қысымының жиналуын болдырмайды, осылайша аккумулятордың ісінуі мен жарылуын болдырмайды.

Зерттеу жетекшісі, Сан-Диегодағы Калифорния университетінің Джейкобс инженерлік мектебінің наноинженерия профессоры Чжэн Чен: «Газ молекулаларын ұстау арқылы мембрана ұшпа электролиттер үшін тұрақтандырғыш ретінде әрекет ете алады» деді.

Жаңа сепаратор өте төмен температурада батареяның жұмысын жақсарта алады. Диафрагманы пайдаланатын аккумулятор ұяшығы минус 40°C температурада жұмыс істей алады және сыйымдылығы грамына 500 миллиампер сағатқа дейін жоғары болуы мүмкін, ал коммерциялық диафрагма батареясының бұл жағдайда қуаты нөлге жуық болады. Зерттеушілердің айтуынша, ол екі ай бойы пайдаланылмаса да, батарея ұяшығының сыйымдылығы әлі де жоғары. Бұл өнімділік диафрагманың сақтау мерзімін ұзарта алатынын көрсетеді. Бұл жаңалық зерттеушілерге алдағы мақсатына жетуге мүмкіндік береді: ғарыш кемелері, спутниктер және терең теңіз кемелері сияқты мұзды ортада көліктерді электр қуатымен қамтамасыз ете алатын батареяларды шығару.

Бұл зерттеу Сан-Диегодағы Калифорния университетінің наноинженерия профессоры Йинг Ширли Мэннің зертханасындағы зерттеуге негізделген. Бұл зерттеу бірінші рет минус 60°C ортада жақсы өнімділікті сақтай алатын аккумуляторды жасау үшін белгілі бір сұйытылған газ электролитін пайдаланады. Олардың ішінде сұйытылған газ электролиті - қысым түсіру арқылы сұйылтылатын және дәстүрлі сұйық электролиттерге қарағанда төмен температураға төзімді газ.

Бірақ мұндай электролиттің ақауы бар; сұйықтан газға оңай ауысады. Чен: «Бұл проблема осы электролит үшін ең үлкен қауіпсіздік мәселесі», - деді. Сұйық молекулаларын конденсациялау және электролиттерді пайдалану үшін оны сұйық күйде ұстау үшін қысымды арттыру қажет.

Ченнің зертханасы бұл мәселені шешу үшін Сан-Диегодағы Калифорния университетінің наноинженерия профессоры Мэн және Тод Паскальмен бірлесіп жұмыс істеді. Паскаль сияқты есептеуіш мамандардың тәжірибесін Чен және Менг сияқты зерттеушілермен біріктіру арқылы буланған электролиттерді тез тым көп қысым жасамай сұйылту әдісі жасалды. Жоғарыда аталған қызметкерлер Сан-Диегодағы Калифорния университетінің Материалдарды зерттеу ғылымы және инженерлік орталығымен (MRSEC) байланысты.

Бұл әдіс кішкентай нано-масштабтық кеңістіктерде ұсталған кезде газ молекулалары өздігінен конденсацияланатын физикалық құбылыстан алынған. Бұл құбылыс капиллярлық конденсация деп аталады, бұл газды төменгі қысымда сұйық күйге айналдыруы мүмкін. Зерттеу тобы бұл құбылысты ультра төмен температуралы батареялардағы электролит, фторметан газынан жасалған сұйытылған газ электролиті тұрақтандыратын батарея сепараторын құру үшін пайдаланды. Зерттеушілер мембрананы жасау үшін металл-органикалық жақтау (MOF) деп аталатын кеуекті кристалды материалды пайдаланды. MOF-тың бірегейлігі оның фторметан газының молекулаларын ұстап қалуы және салыстырмалы түрде төмен қысымда конденсациялауы мүмкін кішкентай кеуектерге толы. Мысалы, фторметан әдетте минус 30°C температурада кішірейеді және 118 psi күшке ие; бірақ егер MOF пайдаланылса, сол температурадағы кеуектінің конденсация қысымы тек 11 psi құрайды.

Чен: "Бұл MOF электролиттің жұмыс істеуі үшін қажетті қысымды айтарлықтай төмендетеді. Сондықтан біздің аккумулятор төмен температурада деградациясыз үлкен сыйымдылықты қамтамасыз ете алады" деді. Зерттеушілер литий-ионды аккумулятордағы MOF негізіндегі сепараторды сынады. . Литий-ионды аккумулятор фторкөміртекті катодтан және литий металды анодтан тұрады. Ол оны фторметанды сұйылтуға қажетті қысымнан әлдеқайда төмен, 70 psi ішкі қысымда газ тәрізді фторметан электролитімен толтыра алады. Батарея әлі де минус 57°C температурада бөлме температурасының 40%-ын сақтай алады. Керісінше, бірдей температура мен қысымда флюорометан бар газ тәрізді электролит пайдаланатын коммерциялық диафрагмалық батареяның қуаты нөлге жуық.

MOF сепараторына негізделген микрокеуектер кілт болып табылады, себебі бұл микрокеуектер тіпті төмендетілген қысым кезінде де аккумулятордағы көп электролиттердің ағуын сақтай алады. Коммерциялық диафрагманың үлкен тесіктері бар және төмендетілген қысымда газ тәрізді электролит молекулаларын ұстай алмайды. Бірақ микрокеуектілік диафрагманың мұндай жағдайларда жақсы жұмыс істейтін жалғыз себебі емес. Зерттеушілер әзірлеген диафрагма сонымен қатар тесіктердің бір шетінен екіншісіне үздіксіз жол құруға мүмкіндік береді, осылайша литий иондарының диафрагма арқылы еркін ағып кетуін қамтамасыз етеді. Сынақта минус 40°C температурада жаңа диафрагманы пайдаланатын батареяның иондық өткізгіштігі коммерциялық диафрагманы пайдаланатын батареядан он есе көп.

Чен тобы қазіргі уақытта MOF негізіндегі сепараторларды басқа электролиттерде сынап жатыр. Чен: "Біз ұқсас әсерлерді көрдік. Осы MOF-ті тұрақтандырғыш ретінде пайдалану арқылы әртүрлі электролит молекулалары батарея қауіпсіздігін жақсарту үшін адсорбциялануы мүмкін, соның ішінде ұшпа электролиттері бар дәстүрлі литий батареялары."