Κινέζοι επιστήμονες κατασκευάζουν ισχυρή μπαταρία λιθίου που λειτουργεί στους -80°C

[deniSun]

Σε μια σημαντική πρόοδο όσον αφορά την τεχνολογία των μπαταριών, μια ομάδα ερευνητών ανέπτυξε έναν νέο ηλεκτρολύτη που επιτρέπει στις μπαταρίες ιόντων λιθίου να λειτουργούν αποτελεσματικά σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.

Η διεθνής ομάδα με επικεφαλής τον Fan Xiulin, καθηγητή στο Πανεπιστήμιο Zhejiang, υποστηρίζει ότι η ανάπτυξη αυτή θα επιτρέψει στις μπαταρίες να λειτουργούν αποτελεσματικά σε θερμοκρασίες έως και μείον 80 βαθμούς Κελσίου (μείον 112 βαθμούς Φαρενάιτ).

Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης έναν προηγουμένως ανεξερεύνητο μηχανισμό μεταφοράς ιόντων στις μπαταρίες, ο οποίος έχει τη δυνατότητα να θέσει τις βάσεις για την ανάπτυξη μπαταριών υψηλής ενέργειας ικανών να λειτουργούν υπό ακραίες συνθήκες, σύμφωνα με την South China Morning Post (SCMP).

Η Xiulin τονίζει ότι οι μπαταρίες αυτές θα μπορούσαν να βρουν χρησιμότητα σε διάφορους τομείς, όπως οι τηλεπικοινωνίες, τα τρένα, η εξερεύνηση της Αρκτικής, η αεροπορία και τα ηλεκτρικά οχήματα.

Οι λεπτομέρειες της έρευνας της ομάδας δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Science.

Η δημιουργία μπαταριών ιόντων λιθίου κατάλληλων για περιβάλλοντα χαμηλών θερμοκρασιών αποτελεί πρόκληση λόγω της δυσκολίας επίτευξης ισορροπίας μεταξύ υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, ευρέος εύρους θερμοκρασιών λειτουργίας και δυνατοτήτων γρήγορης φόρτισης σε μία μπαταρία.

Ένας από τους λόγους είναι ότι όλα αυτά τα χαρακτηριστικά εξαρτώνται από έναν ηλεκτρολύτη, ένα συστατικό της μπαταρίας που μετακινεί ιόντα μεταξύ των ηλεκτροδίων, με ιδιότητες που αντιτίθενται η μία στην άλλη.

Για την επίλυση της πρόκλησης, η ομάδα δημιούργησε έναν ηλεκτρολύτη που αποτελείται από μικροσκοπικά μόρια διαλύτη που επιτρέπουν χαρακτηριστικά μπαταρίας που είναι "ανέφικτα" με τα τρέχοντα σχέδια ηλεκτρολυτών, σύμφωνα με το SCMP.

Σύμφωνα με την έρευνά τους, ο ηλεκτρολύτης διευκόλυνε την εξαιρετικά γρήγορη φόρτιση σε ψυχρά περιβάλλοντα. Επέτρεψε στις μπαταρίες ιόντων λιθίου να λειτουργούν με μεγάλη χωρητικότητα και σταθερότητα σε θερμοκρασίες έως και μείον 112 βαθμούς Φαρενάιτ (80 βαθμούς Κελσίου). Και η μπαταρία μπορεί να φορτιστεί κατά 80 τοις εκατό της χωρητικότητάς της σε 10 λεπτά σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.

Τα άλατα λιθίου αναμεμειγμένα σε οργανικό διαλύτη είναι τα συνήθη συστατικά των ηλεκτρολυτών μπαταριών ιόντων λιθίου. Οι ηλεκτρολύτες περιορίζουν την ιοντική αγωγιμότητα ή την κίνηση των ιόντων σε μια μπαταρία.

Ωστόσο, μετά από τέσσερα χρόνια ερευνών που περιλάμβαναν τη δοκιμή πολλών διαλυτών σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, η ομάδα χρησιμοποίησε έναν διαλύτη γνωστό ως φθοροακετονιτρίλιο για τη δημιουργία ενός ηλεκτρολύτη.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι ο ηλεκτρολύτης διευκόλυνε έναν ανεξερεύνητο τρόπο δομικής κίνησης μέσα στις μπαταρίες μέσω πειραμάτων με μπαταρίες ιόντων λιθίου μαλακής συσκευασίας, γνωστές και ως μπαταρίες επίπεδης θήκης, σύμφωνα με το SCMP.

Οι ερευνητές αποκαλούν αυτή τη διαδικασία "μεταφορά συνδέτη-καναλιού", κατά την οποία μικρά μόρια διαλύτη στον ηλεκτρολύτη σχηματίζουν δύο στρώματα θήκης γύρω από τα ιόντα λιθίου και κατασκευάζουν κανάλια για να ταξιδέψουν τα ιόντα.

Ο μηχανισμός αγωγιμότητας που διευκολύνεται από τα κανάλια-λιγάντες καθιστά δυνατές τις μπαταρίες υψηλής ενέργειας που λειτουργούν σε σκληρά περιβάλλοντα. Η μέθοδος αυτή επέτρεψε στον ηλεκτρολύτη τους να έχει 10.000 φορές καλύτερη ιοντική αγωγιμότητα στους - 94 βαθμούς Φαρενάιτ (70 βαθμούς Κελσίου) από τους συνήθεις ηλεκτρολύτες, σύμφωνα με το SCMP.

Η ομάδα ανακάλυψε ότι η ιδέα σχεδιασμού του ηλεκτρολύτη τους λειτουργεί απίστευτα καλά για μπαταρίες ιόντων λιθίου με νάτριο και κάλιο. Σύμφωνα με την ομάδα, η έρευνα αυτή έχει ακόμη περιορισμούς, καθώς μπορεί να απαιτηθεί περισσότερη έρευνα για να εξασφαλιστεί ότι ο ηλεκτρολύτης μπορεί να λειτουργήσει σωστά μέσα σε έναν παραδοσιακό σχεδιασμό μπαταρίας.

πηγή via DeepL

[dkgr_ser]

Σε τέτοια άρθρα, που δεν αφορούν κάποιο προϊόν αλλά ερευνητική εφεύρεση, καλό είναι να υπάρχει και ένα link στο paper. Εν προκειμένω: Ligand-channel-enabled ultrafast Li-ion conduction

Από το conclusion:

The graphite||NMC811 full cell with FAN-based electrolyte exhibits >3,000 cycles life at 6C and delivers a high reversible capacity of 109.7 mAh g−1 when charged and discharged at −80 °C. Practical 1.2-Ah graphite||NMC811 pouch cells using FAN-based electrolyte deliver highly reversible capacity of 0.73 Ah at −50 °C (0.62 Ah at −65 °C)

Οπότε, προσβλέπουν σε πάνω από μισή χωρητικότητα γύρω στους -50C. Καθόλου άσχημα, αν και βέβαια μια μπαταρία δεν αποτελείται μόνον από τον ηλεκτρολύτη, οπότε θα πρέπει και τα υπόλοιπα μέρη να συμπεριφέρονται ανάλογα.

[famous-walker]

Παντως πεφτουν πολλες "ερευνο-ωρες" και δαπανουνται πολλα κονδυλια στον συγκεκριμενο τομεα. Τις προαλλες ακουσαμε για λειτουργικο μοντελο μπαταριας oxygen-calcium, ενω εχουμε ηδη και τα πρωτα οχηματα με μπαταρια ιοντων-νατριου.

[Pixel 57]

Πολλές τεχνολογικές καινοτομίες έχουν γίνει στο εργαστήριο. Κάθε τόσο διαβάζουμε για τη νεα θαυματουργή μπαταρία. Το δύσκολο είναι να βγει στην παραγωγή. Εκεί σταματάνε όλοι. Κάποια στιγμή κάποιος θα το πετύχει.

[Chingachgook]

Πολλές τεχνολογικές καινοτομίες έχουν γίνει στο εργαστήριο. Κάθε τόσο διαβάζουμε για τη νεα θαυματουργή μπαταρία. Το δύσκολο είναι να βγει στην παραγωγή. Εκεί σταματάνε όλοι. Κάποια στιγμή κάποιος θα το πετύχει.

Νομίζω δεν είναι θέμα να βγει στην παραγωγή τόσο, όχι ίσως ως προς το τεχνικό κομμάτι, όσο αν το προϊόν θα είναι οικονομικά βιώσιμο.

Για παράδειγμα, αν βρουν ένα κοίτασμα πετρελαίου (κάπου πολύ βαθιά, στο μεσοπέλαγος κτλ) και το κόστος εξόρυξης είναι πολύ υψηλό, τότε δεν είναι οικονομικά συμφέρον να γίνει η εξόρυξη (και όλο το τεράστιο σύστημα που πρέπει να στηθεί για να υποστηρίξει το όλο εγχείρημα).

Μακάρι πάντως να πέσουν περισσότερα ερευνητικά κονδύλια στο αντικείμενο.