เทคโนโลยีแบตเตอรี่
โดย:
SD
[IP: 146.70.161.xxx]
เมื่อ: 2023-07-08 16:40:13
ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนปัจจุบัน ปัญหาหลักอยู่ที่อิเล็กโทรไลต์เหลว ส่วนประกอบหลักของแบตเตอรี่นี้จะถ่ายโอนอนุภาคที่มีประจุซึ่งเรียกว่าไอออนระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองของแบตเตอรี่ ทำให้เกิดการชาร์จและคายประจุของแบตเตอรี่ แต่ของเหลวจะเริ่มแข็งตัวที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ เงื่อนไขนี้จำกัดประสิทธิภาพของการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าในภูมิภาคและฤดูกาลที่หนาวเย็นอย่างมาก เพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว ทีมนักวิทยาศาสตร์จากห้องทดลองแห่งชาติ Argonne และ Lawrence Berkeley ของกระทรวงพลังงานสหรัฐ (DOE) ได้พัฒนาอิเล็กโทรไลต์ที่มีฟลูออรีนซึ่งทำงานได้ดีแม้ในอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ เจิ้งเฉิง "จอห์น" จาง นักเคมีอาวุโสและกลุ่มกล่าวว่า "ทีมงานของเราไม่เพียงพบอิเล็กโทรไลต์ต้านการแข็งตัวซึ่งประสิทธิภาพการชาร์จไม่ลดลงเมื่ออุณหภูมิติดลบ 4 องศาฟาเรนไฮต์ แต่เรายังค้นพบในระดับอะตอมด้วย สิ่งที่ทำให้อิเล็กโทรไลต์มีประสิทธิภาพเช่นนี้" เป็นผู้นำในแผนกวิทยาศาสตร์เคมีและวิศวกรรมของ Argonne อิเล็กโทรไลต์อุณหภูมิต่ำนี้แสดงให้เห็นถึงการทำงานกับแบตเตอรี่ในรถยนต์ไฟฟ้า เช่นเดียวกับการเก็บพลังงานสำหรับกริดไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เช่น คอมพิวเตอร์และโทรศัพท์ ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบัน อิเล็กโทรไลต์เป็นส่วนผสมของเกลือที่มีอยู่ทั่วไป (ลิเธียมเฮกซาฟลูออโรฟอสเฟต) และตัวทำละลายคาร์บอเนต เช่น เอทิลีนคาร์บอเนต ตัวทำละลายละลายเกลือเพื่อสร้างของเหลว เมื่อชาร์จ แบตเตอรี่ อิเล็กโทรไลต์เหลวจะส่งไอออนลิเธียมจากแคโทด (ออกไซด์ที่มีลิเธียม) ไปยังแอโนด (กราไฟต์) ไอออนเหล่านี้จะย้ายออกจากแคโทด จากนั้นจะผ่านอิเล็กโทรไลต์ไปยังแอโนด ขณะที่ถูกเคลื่อนย้ายผ่านอิเล็กโทรไลต์ พวกมันจะอยู่ตรงกลางของกลุ่มโมเลกุลตัวทำละลายสี่หรือห้าโมเลกุล ระหว่างการชาร์จครั้งแรกไม่กี่คลัสเตอร์เหล่านี้ชนกับพื้นผิวขั้วบวกและก่อตัวเป็นชั้นป้องกันที่เรียกว่าเฟสระหว่างอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง เมื่อสร้างแล้ว ชั้นนี้จะทำหน้าที่เหมือนตัวกรอง อนุญาตให้เฉพาะลิเธียมไอออนผ่านชั้นในขณะที่ปิดกั้นโมเลกุลของตัวทำละลาย ด้วยวิธีนี้ แอโนดสามารถเก็บอะตอมของลิเธียมไว้ในโครงสร้างของกราไฟต์ที่ชาร์จได้ เมื่อคายประจุ ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าจะปล่อยอิเล็กตรอนจากลิเธียมซึ่งสร้างกระแสไฟฟ้าที่สามารถให้พลังงานแก่ยานพาหนะได้ ปัญหาคือในอุณหภูมิที่เย็น อิเล็กโทรไลต์ที่มีตัวทำละลายคาร์บอเนตจะเริ่มแข็งตัว เป็นผลให้สูญเสียความสามารถในการขนส่งไอออนลิเธียมไปยังขั้วบวกที่ชาร์จ เนื่องจากลิเธียมไอออนจับตัวกันแน่นภายในกลุ่มตัวทำละลาย ดังนั้น ไอออนเหล่านี้ต้องการพลังงานที่สูงกว่ามากในการอพยพกระจุกของพวกมันและทะลุผ่านชั้นส่วนต่อประสานมากกว่าที่อุณหภูมิห้อง ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงค้นหาตัวทำละลายที่ดีกว่า ทีมงานได้ตรวจสอบตัวทำละลายที่มีฟลูออรีนหลายชนิด พวกเขาสามารถระบุองค์ประกอบที่มีอุปสรรคด้านพลังงานต่ำที่สุดสำหรับการปลดปล่อยไอออนลิเธียมจากกระจุกดาวที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ พวกเขายังพิจารณาในระดับอะตอมว่าเหตุใดองค์ประกอบนั้นจึงทำงานได้ดี ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของอะตอมฟลูออรีนภายในโมเลกุลของตัวทำละลายแต่ละตัวและจำนวนของมัน ในการทดสอบกับเซลล์ในห้องปฏิบัติการ อิเล็กโทรไลต์ที่มีฟลูออริเนตของทีมงานยังคงรักษาความสามารถในการกักเก็บพลังงานไว้ได้ 400 รอบการคายประจุที่อุณหภูมิลบ 4 องศาฟาเรนไฮต์ แม้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ ความจุก็ยังเทียบเท่ากับเซลล์ที่มีอิเล็กโทรไลต์แบบคาร์บอเนตทั่วไป ที่อุณหภูมิห้อง "การวิจัยของเราจึงแสดงให้เห็นถึงวิธีการปรับแต่งโครงสร้างอะตอมของตัวทำละลายอิเล็กโทรไลต์เพื่อออกแบบอิเล็กโทรไลต์ใหม่สำหรับอุณหภูมิที่ต่ำกว่าศูนย์" Zhang กล่าว อิเล็กโทรไลต์ป้องกันการแข็งตัวมีคุณสมบัติพิเศษ ปลอดภัยกว่าอิเล็กโทรไลต์แบบคาร์บอเนตที่ใช้อยู่ในปัจจุบันมาก เนื่องจากจะไม่ติดไฟ "เรากำลังจดสิทธิบัตรอิเล็กโทรไลต์ที่มีอุณหภูมิต่ำและปลอดภัยมากขึ้น และกำลังค้นหาพันธมิตรทางอุตสาหกรรมเพื่อปรับให้เข้ากับการออกแบบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน" Zhang กล่าว
- ความคิดเห็น
- Facebook Comments
