Muhandislar ultra past haroratli batareyalarni xavfsizroq qilish uchun gazsimon elektrolitlarni barqarorlashtiruvchi separatorni ishlab chiqdilar.

Xorijiy ommaviy axborot vositalarining xabar berishicha, San-Diegodagi Kaliforniya universitetining nano-muhandislari akkumulyatordagi gazsimon elektrolitning bug‘lanishiga yo‘l qo‘ymaslik uchun katod va anod o‘rtasida to‘siq vazifasini o‘ta oladigan akkumulyator separatorini ishlab chiqdi. Yangi diafragma bo'ronning ichki bosimining to'planishiga yo'l qo'ymaydi va shu bilan batareyaning shishishi va portlashiga yo'l qo'ymaydi.

Tadqiqot rahbari, San-Diegodagi Kaliforniya universitetining Jeykobs muhandislik maktabining nanoengineering professori Zheng Chen shunday dedi: "Gaz molekulalarini ushlab, membrana uchuvchi elektrolitlar uchun stabilizator vazifasini bajarishi mumkin".

Yangi ajratgich ultra past haroratlarda batareyaning ishlashini yaxshilashi mumkin. Diafragmani ishlatadigan akkumulyator xujayrasi minus 40 ° C da ishlashi mumkin va sig'imi har bir gramm uchun 500 milliamper soatni tashkil qilishi mumkin, tijorat diafragma batareyasi esa bu holatda deyarli nol quvvatga ega. Tadqiqotchilarning ta’kidlashicha, agar u ikki oy foydalanilmay qolsa ham, akkumulyator batareyasining sig‘imi hali ham yuqori. Ushbu ishlash diafragma saqlash muddatini ham uzaytira olishini ko'rsatadi. Ushbu kashfiyot tadqiqotchilarga o'z maqsadlariga yanada erishish imkonini beradi: kosmik kemalar, sun'iy yo'ldoshlar va chuqur dengiz kemalari kabi muzli muhitda transport vositalarini elektr energiyasi bilan ta'minlaydigan batareyalar ishlab chiqarish.

Ushbu tadqiqot San-Diegodagi Kaliforniya universitetining nanoengineering professori Ying Shirli Meng laboratoriyasida o'tkazilgan tadqiqotga asoslangan. Ushbu tadqiqot birinchi marta minus 60 ° C muhitda yaxshi ishlashni ta'minlay oladigan batareyani ishlab chiqish uchun ma'lum bir suyultirilgan gaz elektrolitidan foydalanadi. Ularning orasida suyultirilgan gaz elektrolitlari bosimni qo'llash orqali suyultirilgan gazdir va an'anaviy suyuq elektrolitlarga qaraganda past haroratlarga nisbatan ancha chidamli.

Ammo bu turdagi elektrolitlar nuqsonga ega; suyuqlikdan gazga o'tish oson. Chen shunday dedi: "Bu muammo bu elektrolitlar uchun eng katta xavfsizlik muammosidir." Suyuqlik molekulalarini kondensatsiyalash va elektrolitni ishlatish uchun elektrolitni suyuq holatda ushlab turish uchun bosimni oshirish kerak.

Chenning laboratoriyasi bu muammoni hal qilish uchun San-Diegodagi Kaliforniya universitetining nanoengineering professori Meng va Tod Paskal bilan hamkorlik qildi. Paskal kabi kompyuter mutaxassislarining tajribasini Chen va Meng kabi tadqiqotchilar bilan birlashtirib, bug‘langan elektrolitni tezda ortiqcha bosim o‘tkazmasdan suyultirish usuli ishlab chiqildi. Yuqorida aytib o'tilgan xodimlar San-Diegodagi Kaliforniya universitetining Materiallarni tadqiq qilish fanlari va muhandislik markazi (MRSEC) bilan bog'langan.

Bu usul fizik hodisadan olingan bo'lib, gaz molekulalari mayda nano-miqyosdagi bo'shliqlarda ushlanganda o'z-o'zidan kondensatsiyalanadi. Bu hodisa kapillyar kondensatsiya deb ataladi, bu gazni pastroq bosimda suyuq holga keltirishi mumkin. Tadqiqot guruhi bu hodisadan ultra past haroratli akkumulyatorlarda elektrolitni barqarorlashtirishi mumkin bo'lgan akkumulyator ajratuvchisini qurish uchun foydalangan, bu ftormetan gazidan tayyorlangan suyultirilgan gaz elektrolitidir. Tadqiqotchilar membranani yaratish uchun metall-organik ramka (MOF) deb nomlangan g'ovakli kristalli materialdan foydalanganlar. MOFning o'ziga xos jihati shundaki, u ftormetan gazi molekulalarini ushlab, ularni nisbatan past bosimda kondensatsiyalashi mumkin bo'lgan mayda teshiklarga to'la. Misol uchun, florometan odatda minus 30 ° C da qisqaradi va 118 psi kuchga ega; lekin agar MOF ishlatilsa, bir xil haroratda g'ovakning kondensatsiya bosimi faqat 11 psi ni tashkil qiladi.

Chen shunday dedi: "Ushbu MOF elektrolitlar ishlashi uchun zarur bo'lgan bosimni sezilarli darajada kamaytiradi. Shuning uchun bizning akkumulyatorimiz past haroratlarda buzilishsiz katta hajmdagi quvvatni ta'minlay oladi." Tadqiqotchilar litiy-ionli akkumulyatorda MOFga asoslangan separatorni sinab ko'rdilar. . Lityum-ion batareyasi florokarbonli katod va lityum metall anoddan iborat. Uni 70 psi ichki bosimda gazsimon ftormetan elektrolitlari bilan to'ldirishi mumkin, bu ftormetanni suyultirish uchun zarur bo'lgan bosimdan ancha past. Batareya xona haroratining 57 foizini minus 40°C da ushlab turishi mumkin. Bundan farqli o'laroq, bir xil harorat va bosimda, ftormetan o'z ichiga olgan gazsimon elektrolitdan foydalangan holda tijorat diafragma batareyasining kuchi deyarli nolga teng.

MOF separatoriga asoslangan mikroporlar asosiy hisoblanadi, chunki bu mikroporlar hatto past bosim ostida ham batareyada ko'proq elektrolitlar oqimini ushlab turishi mumkin. Tijorat diafragma katta teshiklarga ega va past bosim ostida gazsimon elektrolit molekulalarini ushlab tura olmaydi. Ammo mikroporozlik diafragmaning bunday sharoitda yaxshi ishlashining yagona sababi emas. Tadqiqotchilar tomonidan ishlab chiqilgan diafragma, shuningdek, gözeneklerin bir uchidan ikkinchisiga uzluksiz yo'l hosil qilishiga imkon beradi va shu bilan litiy ionlarining diafragma orqali erkin oqishini ta'minlaydi. Sinovda yangi diafragma yordamida batareyaning ion o'tkazuvchanligi minus 40 ° C da tijorat diafragma yordamida batareyadan o'n barobar ko'p.

Chen jamoasi hozirda MOFga asoslangan separatorlarni boshqa elektrolitlarda sinab ko‘rmoqda. Chen shunday dedi: "Biz shunga o'xshash ta'sirlarni ko'rdik. Ushbu MOFni stabilizator sifatida ishlatish orqali turli elektrolitlar molekulalari akkumulyator xavfsizligini yaxshilash uchun adsorbsiyalanishi mumkin, shu jumladan uchuvchi elektrolitlar bilan an'anaviy lityum batareyalar."