Ingenieure welcher University of California San Diego nach sich ziehen Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, die für eisiger Wärmegrad und sengender Hitze gut laufen und synchron viel Leistungsfähigkeit packen. Die Forscher vollbrachten dieses Kunststück, während sie zusammenführen Elektrolyten entwickelten, welcher nicht nur vielseitig und robust droben zusammenführen breiten Temperaturbereich hinweg ist, sondern sekundär mit einer Hochenergieanode und -kathode kompatibel ist.
Die temperaturbeständigen Batterien werden in einem Versteckspiel beschrieben, welcher in welcher Woche vom 4. Juli in den Proceedings of the Nationalistisch Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht wurde.
Solche Batterien könnten es Elektrofahrzeugen in kalten Klimazonen zuteil werden lassen, mit einer einzigen Ladung weiter zu gondeln; Sie könnten sekundär den Begierde an Kühlsystemen reduzieren, um die Batteriepakete welcher Fahrzeuge in heißen Klimazonen vor Überhitzung zu schützen, sagte Zheng Chen, Professor für jedes Nanotechnik an welcher UC San Diego Jacobs School of Engineering und leitender Dichter welcher Studie.
„Sie benötigen Hochtemperaturbetrieb in Bereichen, in denen die Umgebungstemperatur dreistellig sein kann und die Straßen noch heißer werden. In Elektrofahrzeugen entscheiden sich die Batteriepacks normalerweise unter dem Untergrund, in welcher Nähe dieser heißen Straßen“, erklärt Chen, welcher es sekundär ist ein Fakultätsmitglied des UC San Diego Sustainable Power and Energy Center. „Außerdem erwärmen sich Akkus schon nur durch den Stromfluss im Fertigungsanlage. Wenn die Akkus selbige Erwärmung für hohen Temperaturen nicht vertragen, lässt ihre Leistung schnell nachdem.“
In Tests behielten die Proof-of-Concept-Batterien 87,5 % bzw. 115,9 % ihrer Energiekapazität für -40 bzw. 50 °Kohlenstoff (-40 bzw. 122 °Fluor). Sie hatten für diesen Temperaturen sekundär zusammenführen hohen Coulomb-Wirkungsgrad von 98,2 % bzw. 98,7 %, welches bedeutet, dass die Batterien mehr Lade- und Entladezyklen iterieren können, im Voraus sie nicht mehr laufen.
Die von Chen und Kollegen entwickelten Batterien sind dank ihres Elektrolyts sowohl kälte- denn sekundär hitzebeständig. Es besteht aus einer flüssigen Lösungskonzept von Dibutylether vielseitig mit einem Lithiumsalz. Eine Eigentümlichkeit von Dibutylether ist, dass seine Moleküle schwach an Lithium-Ionen schnüren. Mit anderen Worten, die Elektrolytmoleküle können während des Betriebs leichtgewichtig Lithium-Ionen dispensieren. Solche schwache molekulare Wechselwirkung, die die Forscher in einer früheren Studie entdeckt hatten, verbessert die Batterieleistung für Minusgraden. Außerdem kann Dibutylether die Hitze leichtgewichtig videographieren, da er für hohen Temperaturen liquid bleibt (er hat zusammenführen Siedepunkt von 141 ° Kohlenstoff oder 286 ° Fluor).
Stabilisierende Lithium-Schwefel-Chemien
Dasjenige Besondere an diesem Elektrolyten ist sekundär, dass er mit einer Lithium-Schwefel-Batterie kompatibel ist, daher einer Klasse wiederaufladbarer Batterie, die eine positive Elektrode aus Lithiummetall und eine negative Elektrode aus Schwefel hat. Lithium-Schwefel-Batterien sind ein wesentlicher Glied von Batterietechnologien welcher nächsten Generation, da sie höhere Energiedichten und niedrigere Preis versprechen. Sie können solange bis zu zweimal mehr Leistungsfähigkeit pro Kilogramm speichern denn heutige Lithium-Ionen-Akkus – dasjenige könnte die Reichweite von Elektrofahrzeugen verdoppeln, ohne dasjenige Hantel des Batteriepacks zu potenzieren. Außerdem ist Schwefel häufiger und weniger problematisch zu beschaffen denn dasjenige Kobalt, dasjenige in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batteriekathoden verwendet wird.
Wohl es gibt Probleme mit Lithium-Schwefel-Batterien. Sowohl die negative Elektrode denn sekundär die positive Elektrode sind superreaktiv. Schwefelkathoden sind so reaktiv, dass sie sich während des Batteriebetriebs auflösen. Dieses Problem verschlimmert sich für hohen Temperaturen. Und Lithium-Metall-Anoden tendieren dazu, nadelartige Strukturen, sogenannte Dendriten, zu zusammentragen, die Teile welcher Batterie durchlöchern und zusammenführen Kurzschluss verursachen können. Infolgedessen halten Lithium-Schwefel-Batterien nur solange bis zu zehn Zyklen.
„Wenn Sie eine Batterie mit hoher Energiedichte wollen, sollen Sie normalerweise eine sehr harte, komplizierte Chemie verwenden“, sagte Chen. „Hohe Leistungsfähigkeit bedeutet, dass mehr Reaktionen stattfinden, welches weniger Stabilität und mehr Zerlegung bedeutet. Die Herstellung einer stabilen Hochenergiebatterie ist durch sich selbst schon eine schwierige Pensum – welcher Versuch, dies droben zusammenführen weiten Temperaturbereich zu tun, ist noch schwieriger.“
Jener vom Team welcher UC San Diego entwickelte Dibutylether-Elektrolyt verhindert selbige Probleme, selbst für hohen und niedrigen Temperaturen. Die von ihnen getesteten Batterien hatten eine viel längere Nutzungsdauer denn eine typische Lithium-Schwefel-Batterie. „Unser Elektrolyt trägt zur Verbesserung sowohl welcher Kathodenseite denn sekundär welcher Anodenseite für und bietet synchron eine hohe Leitwert und Grenzflächenstabilität“, sagte Chen.
Dasjenige Team hat sekundär die Schwefelkathode so konstruiert, dass sie stabiler ist, während es sie hinauf ein Polymer gepfropft hat. Indem wird verhindert, dass sich mehr Schwefel im Elektrolyten auflöst.
Die nächsten Schritte zusammenfassen die Skalierung welcher Batteriechemie, deren Optimierung für jedes den Fertigungsanlage für noch höheren Temperaturen und die weitere Verlängerung welcher Zykluslebensdauer.
Forschungsbericht: „Kriterien zur Güteklasse von Lösungsmitteln für jedes temperaturbeständige Lithium-Schwefel-Batterien“
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