Vysílače s modifikovaným proudem zvyšují účinnost a bezpečnost lithium-iontové baterie

Vědci ze Stanfordu AC SLAC transformovali proudové vysílače na tenkou kovovou fólii, která distribuuje energii z elektrod, čímž jsou lithium-iontové baterie lehčí, bezpečnější a efektivnější. Celoměděný vodič nahradili vrstvou ultrajemného lehce potaženého polymeru (vpravo nahoře) a retardérem hoření zabudovaným do polymerní vrstvy, aby uhasili plameny (vpravo dole). Uznání: Ushen Yee / Stanford University

Polymery ավելացնել Přidáním požární odolnosti k proudovým kolektorům je lehčí, bezpečnější a přibližně o 20% účinnější.

S úplně novým přístupem k tomu, aby lithium-iontové baterie byly lehčí, bezpečnější a efektivnější, recyklovali vědci z laboratoře SLAC National Accelerator Laboratory na SL University of SL, nejtěžší součásti baterie: měděné nebo hliníkové fólie, nyní známé jako 80%. Váží méně a okamžitě uhasí jakýkoli vzplanutí.

Vědci tvrdí, že pokud bude tato technologie přijata, mohla by dosáhnout dvou hlavních účelů výzkumu baterií: prodloužení životnosti elektrických vozidel a snížení rizika požáru u notebooků, mobilních telefonů a dalších zařízení. To platí zejména v případě, že jsou baterie přebíjeny a dochází k většímu poškození baterií, které může vést k požáru.

Výzkumný tým popsal jejich práci Přírodní energie 15. října 2020.

„Současný kolektor byl vždy považován za těžkou váhu a dosud nebyl úspěšně používán ke zvýšení účinnosti baterie,“ řekl Yi Quin, profesor na SLAC և Stanford և Stanford Materials և Institute for Energy Sciences (SIMES). ), který studii vedl.

„Ale v naší studii se díky 80% lehčímu kolektoru zvýšila hustota energie lithium-iontových baterií o 16–26% a to, kolik energie na tuto váhu udrží. To je velký skok ve srovnání s průměrným 3% růstem v posledních letech. “

Sběrač konvertovaného proudu pro lithium-iontové baterie

Ve srovnání s dnešním rozdělovačem lithium-iontových baterií Stanford® AC, nová verze navržená vědci ve SLAC, činí baterie lehčí, energeticky účinnější a bezpečnější. Může také snížit náklady nahrazením mědi levnějšími polymery snížením nákladů na přepravu baterií k recyklaci. Uznání: Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory

V zoufalé snaze zhubnout

Ať už ve formě válců nebo sáčků, lithium-iontové baterie mají dva proudové kolektory, každý pro elektrodu. Distribuují proud tekoucí dovnitř nebo ven z elektrody, od 15% do 50% hmotnosti některých vysoce energetických nebo ultratenkých baterií. Holení hmotnosti baterie je samo o sobě žádoucí, což umožňuje lehčí zařízení a zároveň snižuje hmotnost elektromobilů. Uložení většího množství energie pro danou hmotnost umožňuje delší dobu nabíjení jak spotřebičům, tak elektrárnám.

Snížení hmotnosti hořlavosti baterie může mít také zásadní dopad na recyklaci, což zlevňuje přepravu recyklovaných baterií.

Vědci v bateriovém průmyslu se pokusili snížit váhu proudových kolektorů tím, že byly tenčí nebo poréznější, ale tyto experimenty měly nežádoucí vedlejší účinky, jako je například křehčí nebo chemicky nestabilní baterie nebo vyžadující více elektrolytu, což zvyšuje náklady. řekl Yushen Ye, postdoktorandský výzkumník v laboratoři Cui, který prováděl experimenty s hostujícím vědcem Lien-Yan Chu.

Pokud jde o bezpečnostní otázku, řekl. „Lidé se pokoušeli přidat do elektrolytu baterie zpomalovač hoření, což je hořlavá část, ale můžete ji přidat jen tolik, dokud se nelepí, jinak se ionty nebudou chovat dobře.“

Hořlavost lithium-iontových baterií

Studie Stanford և SLAC zjistila, že lithium-iontové baterie vyrobené s proudovými kolektory (horní řada) se vznítily při vystavení otevřenému plameni a intenzivně hořely, dokud nevyhořel celý elektrolyt. Baterie s novými kolektory zpomalující hoření (spodní řada) způsobily slabé požáry, které za několik sekund zhasly a znovu nevzplanuly, i když se je vědci pokusili znovu zapálit. Uznání: Ushen Yee / Stanford University

Design sendvič z polymerové fólie

Poté, co byla myšlenka vytvořena, Cui, Ye a Yuan Li, postgraduální student, vyvinuli experimenty pro přípravu a testování sběračů proudu založených na lehkém polymeru zvaném ohnivzdorný polyimid, který vydrží vysoké teploty způsobené rychlým nabíjením baterie. : Polymer obsahoval nehořlavý trifenylfosfát nebo TPP, který byl poté potažen na obou površích ultrazvukovou vrstvou mědi. Měď by nejen dělala svou normální práci při distribuci elektřiny, ale také chránila polymer a jeho retardér hoření.

„Tyto změny snížily současnou hmotnost kolektoru o 80% ve srovnání s dnešními verzemi,“ uvedl E, což znamená 16-26% zvýšení hustoty energie pro různé typy baterií. sběratelé bez kapky.

Při osvětlení otevřeným plamenem se baterie v sáčku vyrobeném pomocí dnešních komerčních sběračů proudu vznítí, energicky hoří a spálí celý elektrolyt. Ale v bateriích s novými protipožárními kolektory oheň ve skutečnosti nikdy nezhasl, což způsobilo velmi slabý plamen, který zhasl během několika sekund; znovu nevzplanul, i když se ho vědci pokusili znovu zapálit.

Podle Qui je jednou z velkých výhod tohoto přístupu to, že nový kolektor by měl být snadněji vyrobitelný, dokonce levnější, protože nahrazuje část mědi levnějšími polymery. Proto při rozšíření na komerční výrobu řekl, že „by to mělo být velmi možné“. Vědci požádali o patent prostřednictvím Stanfordu a Quinn řekl, že se o to obrátí s výrobcem baterií.

Odkaz. Yusheng Ye, Lien-Yang Chou, Yayuan Liu, Hansen Wang, Hiang Kwee Lee, Wenxiao Huang, Jiayu Wan, Kai Liu, Guangmin Zhou, Yufei Yang, Ankun Yang, Xin Xiao, Xin Gao, David Thomas Boyle, Hao Chen, Wenbo Zhang, Sang Cheol Kim a Yi Cui, 15. října 2020 Přírodní energie,
DOI: 10.1038 / s41560-020-00702-8:

Tuto práci podpořili Úřad pro úsporu energie z obnovitelných zdrojů DOE a Úřad pro technologii vozidel v rámci programu eXtreme Fast Charging Cell Assessment (XCEL).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Kampaň NASA SnowEx kopání hluboko v roce 2021

Měření sněhu se může zdát jednoduché, ale každé prostředí představuje pro přístroje jedinečné výzvy. Například sněžení v lesích se zachytává na větvích nebo...

Agresivní tržní model vývoje energie z jaderné syntézy

Koncept ARC Fusion Pilot Plant byl vyvinut na MIT, aby demonstroval potenciál vysokoteplotních supravodivých magnetů pro nastavení hodnoty rychlosti fúzní energie և. Půjčka:...

Sekvence 64 úplných lidských genomů k zachycení lepší genetické rozmanitosti

Struktura genomu. Zápočet: NIH Sekvence 64 lidských genomů poslouží jako nový odkaz na genetické modifikace a predispozici k lidským chorobám Vědci z University of Maryland...

LSD může nabídnout udržitelnou léčbu úzkosti a jiných duševních poruch

McGill studoval krok v porozumění mechanismu vlivu psychedelik na mozek a potenciálu pro terapeutické použití. Vědci z McGill University poprvé objevili jeden z možných mechanismů,...

Nenechte si ujít příští úplněk – sníh, bouře a hladový měsíc

Uznání: NASA / Bill Dunford Příští úplněk je měsíc se sněhem, bouří a hladem; měsíc během svátků svátku Puim; festival čínských luceren; Magha Purnima a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.