Moslashuvchan qattiq holatdagi batareyalar nima?

Bir guruh xalqaro olimlar elektromobillar ko‘lamini kengaytirib, noutbuk va smartfonlarda yong‘in kelib chiqishining oldini oladigan qattiq holatdagi akkumulyatorning yangi turini ishlab chiqdi. Mualliflar o'zlarining topilmalarini "Advanced Energy Materials" da tasvirlab berishadi. An'anaviy qayta zaryadlanuvchi batareyalarda ishlatiladigan suyuq elektrolitlarni "qattiq" keramik batareyalarga almashtirish orqali ular yanada samaraliroq, uzoq umr ko'rish uchun xavfsizroq batareyalarni ishlab chiqarishga qodir. Tadqiqotchilar bu afzalliklar barcha turdagi qurilmalar, shu jumladan elektromobillar uchun yanada samaraliroq, yashilroq akkumulyatorlarga yo‘l ochishiga umid qilmoqda.

AQSh va Buyuk Britaniyadan bo'lgan tadqiqot mualliflari bir muncha vaqt davomida litiy-ionli batareyalardagi suyuq elektrolitlarga alternativalarni o'rganishdi. 2016 yilda ular an'anaviy litiy-ionli xujayralardan ikki baravar ko'proq kuchlanishda ishlay oladigan, ammo shunga o'xshash samaradorlikka ega bo'lgan qattiq holatdagi akkumulyator ishlab chiqilishini e'lon qilishdi.

Ularning so'nggi dizayni ushbu oldingi versiyada sezilarli yaxshilanishni ko'rsatsa-da, MIT tadqiqotchisi, professor Donald Sadouey ta'kidlashicha, hali ham yaxshilanish uchun joy bor: "Ko'tarilgan haroratlarda keramika materiallarida yuqori ion o'tkazuvchanligiga erishish qiyin bo'lishi mumkin", dedi u. "Bu yutuq bo'ldi." Tadqiqotchilar ushbu takomillashtirilgan akkumulyatorlarni sinovdan o‘tkazgandan so‘ng elektr transport vositalari yoki hattoki samolyotlar uchun ham mos bo‘lishiga umid qilishmoqda.

Qattiq holatda bo'lgan batareyalarda haddan tashqari qizib ketish natijasida shikastlanishning oldini olish yonuvchan, suyuq batareyalar emas, balki keramik elektrolitlar yordamida amalga oshiriladi. Batareya shikastlangan bo'lsa va yonib ketishdan ko'ra keramik elektrolitlar charlarini haddan tashqari qizib keta boshlasa, bu uning yonib ketishiga yo'l qo'ymaydi. Ushbu qattiq materiallarning strukturasidagi teshiklar, shuningdek, qattiq jismdagi kengaytirilgan tarmoq orqali harakatlanadigan ionlar bilan elektr zaryadining ancha yuqori yukini ko'tarishga imkon beradi.

Bu xususiyatlar olimlar yonuvchan suyuqlik elektrolitlari bo'lgan batareyalar bilan solishtirganda batareyalarining kuchlanishini va sig'imini oshirishga muvaffaq bo'lganligini anglatadi. Haqiqatan ham, dedi professor Sadouey: "Biz 12 voltli 90 daraja S [194 ° F] da ishlaydigan litiy-havo elementini namoyish qildik. Bu boshqalar erishganidan yuqoridir."

Ushbu yangi batareya dizayni yonuvchan elektrolitlarga nisbatan boshqa potentsial afzalliklarga ega, shu jumladan keramik elektrolitlar odatda organiklarga qaraganda barqarorroq. "Ajablanarlisi shundaki, u qanchalik yaxshi ishlagan", dedi professor Sadouey. "Biz bu hujayradan unga sarflaganimizdan ko'ra ko'proq energiya oldik."

Bu barqarorlik ishlab chiqaruvchilarga ko'p sonli qattiq holatdagi hujayralarni noutbuklar yoki elektromobillarga ularning haddan tashqari qizib ketishidan xavotirlanmasdan joylashtirish imkonini beradi, bu esa qurilmalarni ancha xavfsizroq qiladi va ularning ishlash muddatini uzaytiradi. Hozirgi vaqtda bunday batareyalar haddan tashqari qizib ketsa, ular yonib ketish xavfini tug'diradi - yaqinda Samsung Galaxy Note 7 telefonida bo'lgani kabi. Olingan alanga tarqala olmaydi, chunki hujayralar ichida yonishni ta'minlaydigan havo yo'q; haqiqatan ham, ular dastlabki zarar joyidan tashqariga tarqala olmaydilar.

Bu qattiq materiallar ham juda uzoq davom etadi; farqli o'laroq, yuqori haroratlarda (100 ° C dan yuqori) ishlaydigan yonuvchan suyuq elektrolitlar bilan lityum ionli batareyalarni tayyorlashga urinishlar 500 yoki 600 tsikldan keyin muntazam ravishda yonib ketadi. Seramika elektrolitlari 7500 dan ortiq zaryadlash / tushirish davrlariga yong'in chiqmasdan bardosh bera oladi."

Yangi topilmalar EV larning ko'lamini kengaytirish va smartfon yong'inlarining oldini olish uchun juda muhim bo'lishi mumkin. Sadowayning so'zlariga ko'ra: "Eski avlod akkumulyatorlarida qo'rg'oshin kislotali [avtomobil] boshlang'ich akkumulyatorlari bor edi. Ular qisqa masofaga ega edi, lekin ular nihoyatda ishonchli edi", dedi u, ularning kutilmagan zaif tomonlari "agar u taxminan 60 ° C dan issiqroq bo'lsa", dedi. yonib ketadi."

Uning tushuntirishicha, bugungi litiy-ion batareyalar bundan bir qadam yuqori. "Ular uzoq masofaga ega, ammo ular haddan tashqari qizib ketish va yong'inga olib kelishi mumkin", dedi u yangi qattiq holatdagi batareya potentsial "asosiy yutuq", chunki bu ancha ishonchli va xavfsizroq qurilmalarga olib kelishi mumkinligini qo'shimcha qildi.

MIT olimlarining fikricha, bu texnologiyadan keng foydalanish uchun besh yil kerak bo'lishi mumkin, ammo kelgusi yilda ham Samsung yoki Apple kabi yirik ishlab chiqaruvchilarning smartfonlarida bunday turdagi batareyalar o'rnatilishini umid qilishmoqda. Shuningdek, ular telefonlar, jumladan, noutbuklar va elektr transport vositalaridan tashqari ushbu hujayralar uchun ko'plab tijorat maqsadlarida foydalanish mumkinligini ta'kidladilar.

Biroq professor Sadouey texnologiya takomillashtirilgunga qadar hali borish kerakligi haqida ogohlantiradi. "Bizda juda zo'r ko'rinadigan hujayra bor, lekin bu juda erta kunlar ... Bizda hali katta hajmdagi, yuqori quvvatli zichlikdagi elektrodlarga ega hujayralar yaratilishi kerak."

Sadowayning fikricha, bu yutuq zudlik bilan keng miqyosda qabul qilinadi, chunki u nafaqat ancha katta diapazonga ega bo'lgan EV-larni yonilg'i bilan ta'minlash, balki smartfondagi yong'inlarning oldini olish imkoniyatiga ega. Ko'pchilik ishlab chiqaruvchilar ularning xavfsizligi va ishonchliligiga ishonch hosil qilgandan so'ng, uning qattiq batareyalar besh yildan kamroq vaqt ichida universal ishlatilishi mumkinligi haqidagi bashorati yanada hayratlanarli.