Eine Elektrofahrzeugbatterie pro die Gesamtheit Jahreszeiten

Viele Inhaber von Elektrofahrzeugen zeugen sich Sorgen darüber, wie effektiv ihre Batterie c/o sehr kaltem Wetter sein wird. Nun könnte eine neue Batteriechemie dieses Problem gelöst nach sich ziehen.

Nebst aktuellen Lithium-Ionen-Batterien liegt dasjenige Hauptproblem im flüssigen Elektrolyten. Selbige Schlüsselkomponente welcher Batterie überträgt ladungstragende Partikel, sogenannte Ionen, zwischen den beiden Elektroden welcher Batterie und bewirkt so dasjenige Laden und Entlassen welcher Batterie. Doch c/o Minusgraden beginnt die Fluid zu gefrieren. Dieser Zustand schränkt die Wirksamkeit des Ladens von Elektrofahrzeugen in kalten Regionen und Jahreszeiten erheblich ein.

Um dieses Problem anzugehen, hat ein Team von Wissenschaftlern welcher nationalen Laboratorien Argonne und Lawrence Berkeley des US-Energieministeriums (DOE) zusammenführen fluorhaltigen Elektrolyten entwickelt, welcher nicht zuletzt c/o Minustemperaturen gut funktioniert.

„Unsrige Wissenschaft hat somit gezeigt, wie man die atomare Struktur von Elektrolytlösungsmitteln verbiegen kann, um neue Elektrolyte pro Temperaturen unter Null zu prosperieren.“ – John Zhang, Sprossenstiege welcher Argonne-Menge

„Unser Team hat nicht nur zusammenführen Frostschutzelektrolyten gefunden, dessen Ladeleistung c/o negativ 4 Rang Fahrenheit nicht nachlässt, sondern wir nach sich ziehen nicht zuletzt aufwärts atomarer Flachland herausgefunden, welches ihn so wirksam macht“, sagte Zhengcheng „John“ Zhang, ein leitender Laborant und Teamleiter in welcher Kolonne pro chemische Wissenschaften und Ingenieurwissenschaften von Argonne.

Dieser Niedertemperatur-Elektrolyt ist vielversprechend pro den Kaution in Batterien in Elektrofahrzeugen sowie in welcher Energiespeicherung pro Stromnetze und Unterhaltungselektronik wie Computer und Telefone.

In heutigen Lithium-Ionen-Batterien ist welcher Elektrolyt eine Mischung aus einem weit verbreiteten Salz (Lithiumhexafluorphosphat) und Carbonatlösungsmitteln wie Ethylencarbonat. Die Solvens lockern dasjenige Salz aufwärts und zusammentragen eine Fluid.

Wenn eine Batterie geladen wird, transportiert welcher flüssige Elektrolyt Lithiumionen von welcher Minuspol (einem lithiumhaltigen Sauerstoff-Verbindung) zur positive Elektrode (Graphit). Selbige Ionen wandern aus welcher Minuspol und vorbeigehen dann den Elektrolyten aufwärts dem Weg zur positive Elektrode. Während sie durch den Elektrolyten transportiert werden, sitzen sie mittig von Clustern aus vier oder fünf Lösungsmittelmolekülen.

Während welcher ersten paar Ladungen treffen welche Cluster aufwärts die Anodenoberfläche und zusammentragen eine Schutzschicht, die sogenannte Festelektrolyt-Grenzfläche. Einmal zivilisiert, wirkt welche Schicht wie ein Filter. Es lässt nur die Lithiumionen durch die Schicht vorbeigehen und verspannt taktgesteuert die Lösungsmittelmoleküle. Uff welche Weise ist die positive Elektrode in welcher Stellung, geladene Lithiumatome in welcher Struktur des Graphits zu speichern. Beim Entlassen werden durch elektrochemische Reaktionen Elektronen aus dem Lithium freigesetzt, die Strom erzeugen, welcher Fahrzeuge hetzen kann.

Dies Problem besteht darin, dass c/o kalten Temperaturen welcher Elektrolyt mit Carbonatlösungsmitteln zu gefrieren beginnt. Indem verliert es die Fähigkeit, beim Laden Lithiumionen in die positive Elektrode zu transportieren. Dies liegt daran, dass die Lithiumionen so Festtag in den Lösungsmittelclustern gebunden sind. Von dort benötigen welche Ionen viel mehr Leistungsfähigkeit, um ihre Cluster zu evakuieren und in die Grenzschicht einzudringen, qua c/o Raumtemperatur. Ende diesem Grund nach sich ziehen Wissenschaftler nachher einem besseren Solvens gesucht.

Dies Team untersuchte mehrere fluorhaltige Solvens. Sie konnten die Zusammensetzung identifizieren, die die niedrigste Energiebarriere pro die Freisetzung von Lithiumionen aus den Clustern c/o Temperaturen unter Null aufweist. Sie ermittelten nicht zuletzt aufwärts atomarer Flachland, warum welche spezielle Zusammensetzung so gut funktionierte. Dies hing von welcher Status welcher Fluoratome intrinsisch jedes Lösungsmittelmoleküls und ihrer Menge ab.

Nebst Tests mit Laborzellen behielt welcher fluorierte Elektrolyt des Teams oberhalb 400 Lade-Entlade-Zyklen c/o negativ 4 °Fluor eine stabile Energiespeicherkapazität c/o. Selbst c/o dieser Minustemperatur entsprach die Kondensator welcher einer Zelle mit einem herkömmlichen Elektrolyten aufwärts Carbonatbasis c/o Raumtemperatur.

„Unsrige Wissenschaft hat somit gezeigt, wie man die atomare Struktur von Elektrolytlösungsmitteln verbiegen kann, um neue Elektrolyte pro Temperaturen unter Null zu prosperieren“, sagte Zhang.

Welcher Frostschutzelektrolyt hat eine Bonuseigenschaft. Es ist viel sicherer qua die derzeit verwendeten Elektrolyte aufwärts Carbonatbasis, da es sich nicht wund.

„Wir patentieren unseren Niedertemperatur- und sichereren Elektrolyten und suchen nun nachher einem Industriepartner, welcher ihn an eines ihrer Designs pro Lithium-Ionen-Batterien anpasst“, sagte Zhang.

Selbige Wissenschaft erscheint in Advanced Energy Materials. Argonne-Autoren sind neben John Zhang Dong-Joo Yoo, Qian Liu und Minkyu Kim. Die Autoren des Berkeley Lab sind Orion Cohen und Kristin Persson.

Selbige Arbeit wurde vom DOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, Vehicle Technologies Office, finanziert.

Forschungsbericht: Rationales Formgebung fluorierter Elektrolyte pro Niedertemperatur-Lithium-Ionen-Batterien

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Argonne Patriotisch Laboratory

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