Инжењери су развили сепаратор који стабилизује гасовите електролите како би батерије на ултра ниским температурама биле безбедније

Према извештајима страних медија, нано инжењери на Калифорнијском универзитету у Сан Дијегу развили су сепаратор батерија који може да делује као баријера између катоде и аноде како би спречио испаравање гасовитог електролита у батерији. Нова дијафрагма спречава акумулацију унутрашњег притиска олује, чиме се спречава да батерија набубри и експлодира.

Вођа истраживања, Џенг Чен, професор наноинжењеринга на Јацобс Сцхоол оф Енгинееринг на Универзитету Калифорније у Сан Дијегу, рекао је: „Заробљавањем молекула гаса, мембрана може да делује као стабилизатор за испарљиве електролите.

Нови сепаратор може побољшати перформансе батерије на ултра ниским температурама. Батерија која користи мембрану може да ради на минус 40°Ц, а капацитет може бити чак 500 милиампер сати по граму, док комерцијална мембранска батерија у овом случају има скоро нулту снагу. Истраживачи кажу да чак и ако се не користи два месеца, капацитет батерије је и даље висок. Овај учинак показује да дијафрагма такође може да продужи век складиштења. Ово откриће омогућава истраживачима да даље остваре свој циљ: да производе батерије које могу да обезбеде електричну енергију за возила у леденим срединама, као што су свемирске летелице, сателити и бродови у дубоком мору.

Ово истраживање је засновано на студији у лабораторији Јинг Ширли Менг, професора наноинжењеринга на Калифорнијском универзитету у Сан Дијегу. Ово истраживање користи одређени електролит у течном гасу за развој батерије која по први пут може да одржи добре перформансе у окружењу минус 60°Ц. Међу њима, течни гасни електролит је гас који се течни применом притиска и отпорнији је на ниске температуре од традиционалних течних електролита.

Али ова врста електролита има дефект; лако се прелази из течности у гас. Чен је рекао: "Овај проблем је највећи безбедносни проблем за овај електролит." Притисак треба повећати да би се молекули течности кондензовали и електролит одржао у течном стању да би се користио електролит.

Цхенова лабораторија је сарађивала са Менгом и Тодом Пасцалом, професорима наноинжењеринга на Калифорнијском универзитету у Сан Дијегу, како би решили овај проблем. Комбиновањем стручности стручњака за рачунарство као што је Паскал са истраживачима као што су Чен и Менг, развијен је метод за растварање испареног електролита без брзог притиска. Особље које је горе поменуто је повезано са Центром за науку и инжењерство за истраживање материјала (МРСЕЦ) Универзитета Калифорније, Сан Дијего.

Овај метод је позајмљен из физичког феномена у коме се молекули гаса кондензују спонтано када су заробљени у малим нано-просторима. Ова појава се назива капиларна кондензација, која може учинити да гас постане течан при нижем притиску. Истраживачки тим је користио овај феномен да направи сепаратор батерија који може стабилизовати електролит у батеријама на ултра ниским температурама, течни гасни електролит направљен од гаса флуорометана. Истраживачи су користили порозни кристални материјал назван метално-органски оквир (МОФ) за стварање мембране. Јединствена ствар код МОФ-а је то што је пун сићушних пора, које могу ухватити молекуле гаса флуорометана и кондензовати их при релативно ниском притиску. На пример, флуорометан се обично скупља на минус 30°Ц и има силу од 118 пси; али ако се користи МОФ, притисак кондензације порозних на истој температури је само 11 пси.

Чен је рекао: "Овај МОФ значајно смањује притисак потребан за рад електролита. Због тога наша батерија може да обезбеди велику количину капацитета на ниским температурама без деградације." Истраживачи су тестирали сепаратор заснован на МОФ-у у литијум-јонској батерији. . Литијум-јонска батерија се састоји од флуорокарбонске катоде и литијум металне аноде. Може га напунити гасовитим флуорометанским електролитом на унутрашњем притиску од 70 пси, далеко нижем од притиска потребног за течност флуорометана. Батерија и даље може да одржи 57% свог капацитета собне температуре на минус 40°Ц. Насупрот томе, при истој температури и притиску, снага комерцијалне мембранске батерије која користи гасовити електролит који садржи флуорометан је скоро нула.

Микропоре засноване на МОФ сепаратору су кључне јер ове микропоре могу задржати више електролита да тече у батерији чак и под смањеним притиском. Комерцијална дијафрагма има велике поре и не може да задржи молекуле гасовитих електролита под сниженим притиском. Али микропорозност није једини разлог зашто дијафрагма добро функционише у овим условима. Дијафрагма коју су дизајнирали истраживачи такође омогућава порама да формирају непрекидан пут од једног краја до другог, чиме се осигурава да литијум јони могу слободно да протичу кроз дијафрагму. У тесту, јонска проводљивост батерије која користи нову дијафрагму на минус 40°Ц је десет пута већа од батерије која користи комерцијалну мембрану.

Ченов тим тренутно тестира сепараторе засноване на МОФ-у на другим електролитима. Чен је рекао: „Видели смо сличне ефекте. Коришћењем овог МОФ-а као стабилизатора, могу се адсорбовати различити молекули електролита како би се побољшала безбедност батерија, укључујући традиционалне литијумске батерије са испарљивим електролитима.“