Неравният електрод осигурява гладка работа на батерията при температури под нулата

Сподели

Като източник на енергия за електрически автомобили и много други начини на чист транспорт, подобренията в технологията на батериите са полезни за производителността на превозното средство по редица важни начини. Това включва не само цифри за обхват, но и колко добре могат да работят в по-студен климат, както показват нови изследвания, които подробно описват обещаващия дизайн на батерията под нулата.

Екстремните температури, които наближават замръзване, могат да бъдат доста проблематични за литиево-йонните батерии и да доведат до значителни загуби на мощност. В контекста на електрическите превозни средства това може да означава бавно зареждане и намален обхват, като същевременно се отразява на системи като регенеративно спиране. Автомобилни производители като Ford са експериментирали със системи за термично управление, предназначени да се справят с тези недостатъци, и също така виждаме изследователски групи да предлагат някои изобретателни решения.

Това включва интегрирани температурни сензори, които пренасочват електрическите токове, за да загреят батериите отвътре, като ги повдигат над температурата на замръзване, за да могат да функционират нормално в екстремни среди. Друг пример от миналата година изследва как ниските температури могат да бъдат взети предвид при проекти от следващо поколение, демонстрирайки колко многообещаващи литиево-метални батерии могат да бъдат оборудвани със слабо свързващи електролити, които ги поддържат да работят при минусови температури.

При извършването на този последен пробив учените се прицелиха в един от двата електрода, открити в литиево-йонна батерия, известен като анод. Обикновено те са направени от графит, а скорошни изследвания показват, че плоската природа на тези аноди допринася за намалената способност на батерията да пренася заряд на студа. Така екипът започна да експериментира с някои алтернативи и стигна до това, което изглежда обещаващо решение.

Новият дизайн започва с материал, известен като кобалт-съдържаща зеолитна имидазолатна рамка (ZIF-67), която се нагрява до високи температури, за да се създадат 12-странни въглеродни наносфери. Тези малки структури имат неравни повърхности, които имат отлични способности за пренос на електрически заряд, така че незабавно са били пуснати да работят като аноден материал във монетна батерия с литиево-метален катод.

Тези експерименти показаха, че батерията може да поддържа стабилност при зареждане и разреждане при температури в диапазона от 77 °F (25 °C) до -4 °F (-20 °C). При температури малко под нулата батерията поддържа 85,9 процента от капацитета си за съхранение. Тези тестове бяха проведени заедно с други дизайни на литиево-йонни батерии, за които беше установено, че почти не държат заряд при температури на замръзване. Дори при понижаване на температурата до -31 °F (-35 °C), батерията с неравен анод все още можеше да се презареди и да освободи почти целия си заряд по време на разреждане.

Учените казват, че тези резултати предполагат, че подобен дизайн може да разшири функционалността на литиево-йонните батерии до екстремни среди и това може да не се отнася само за електрически превозни средства, а за всичко – от дронове до космически кораби и много неща между тях.

Изследването е публикувано в ACS Central Science.

Източник: Американско химическо дружество



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели