متن خبر

تاریخ خبر : ۱۴۰۱/۰۴/۲۵

تعداد بازدید : ۱۰۳

تعداد رای : ۲

ساخت الکترولیت گاز مایع ایمن برای باتری‌های لیتیوم -فلزی

باتری‌های ساخته شده بر پایه‌ی یون لیتیوم یکی از موثرترین و پرکاربردترین فناوری‌ها در باتری‌ها هستند. با این حال، الکترولیت‌های این باتری‌ها عمدتا حاوی حلال‌های کربنات آلی هستند که با یک پنجره دمایی باریک بسیار قابل اشتعالند. برای اطمینان از آتش نگرفتن آنها در حین کار در دماهای بالا، مهندسان باید الکترولیت‌های ایمن تری طراحی کنند که نه تنها غیرقابل اشتعال باشند، بلکه قادر به کار در محدوده دمایی وسیعی نیز باشند.

محققان در گروه شرلی منگ دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو و در آزمایشگاه تحقیقات ارتش اخیراً الکترولیت‌های گاز مایع جدیدی ساخته‌اند که می‌تواند برای تولید باتری‌های فلزی لیتیوم استفاده شود. این الکترولیت‌ها می توانند به طور ایمن در گستره‌ی دماییِ  60- تا 55 درجه سانتیگراد کار کنند. این الکترولیت‌ها دارای یک ساختار منحصر به فرد هستند که آنها را قادر به خاموش کردن آتش می‌کند.

 

ییجی یین، یکی از محققانی که در آزمایشگاه پروفسور منگ در این زمینه کار می کند، گفت : الکترولیت گاز مایع (LGE) برای اولین بار توسط این گروه تحقیقاتی در مقاله منتشر شده در Science در سال 2017 و طی پنج سال توسعه یافته است. این گاز متشکل از انواع گازهای فلوئوروکربن است که وقتی تحت فشار قرار می‌گیرند تبدیل به یک مایع گازی پایدار می‌شود، با این روش می‌توان یک الکترولیت با هزینه‌ی کم و از نظر شیمیایی پایدار و با دمای انجماد پایین ساخت.

 

در مقایسه با بسیاری از الکترولیت‌های پیشرفته که در مقاله‌های قبلی معرفی شده اند LGEهای طراحی شده توسط یین و همکارانش با باتری‌های فلزی لیتیوم سازگاری بیشتری دارند. در آزمایش‌های اولیه با آند لیتیوم، این الکترولیت‌ها در مجموعِ 500 چرخه، عملکردی معادل 99.6% از خود نشان دادند و توانستند 18650 چرخه را در شرایط بحرانی به پایان برساند.

 

LGE های اولیه طراحی شده توسط این تیم بر اساس فلورومتان (FM) و دی فلورومتان (DFM) بودند. استفاده از این مواد علیرغم مزایایی که همراه داشت اما هنوز الکترولیت‌های نهایی تحت فشارهای عملیاتی متوسط قابل اشتعال بودند.

 

بخش بزرگی از LGE  جدید معرفی شده (یعنی بالای 80 درصد نسبت حجم آن) را اجزای تمیز و اطفاء حریق TFE و PFE تشکیل داده است. این امر ایمنی آنها را تا حد زیادی افزایش می دهد و خطر آتش گرفتن باتری‌های لیتیوم فلزی در دمای بالا را به شدت کاهش می‌دهد.

 

به گفته‌ی «یین»: « برای حل کردن نمک‌ها و تشکیل یک الکترولیت با نسبت نمک به اتر بسیار غلیظ، یک دی‌متیل اتر اضافه کردیم تا یک پنجره الکتروشیمیایی گسترده و رابط‌های پایداری نسبت به لیتیوم و کاتد ایجاد کنیم. حلال‌های گاز مایع به دلیل فشار بخار کم (~5 atm) می‌توانند به راحتی بر اساس اختلاف فشار بخارشان در دماهای مختلف بازیافت شوند.

 

اکثر باتری‌های لیتیوم یونی موجود از الکترولیت‌های قابل اشتعال استفاده می‌کنند که نمی‌توانند زیر دمای -20 درجه سانتی‌گراد کار ‌کنند و دستگاه‌ها می توانند در هنگام شارژ بیش از حد گرم شوند. در آینده، LGE معرفی شده توسط یین و همکارانش می تواند جایگزینِ برخی از این الکترولیت ها شوند و به بهبود ایمنی فناوری باتری‌های مبتنی بر لیتیوم کمک کنند.

 

نتایج این پژوهش در نشریه نیچر انرژی به چاپ رسیده است.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

Captcha