211service.com
Baterijos veikimo trukmės ir talpos padidėjimas
Naujas cheminis triukas, skirtas nanostruktūrinių medžiagų gamybai, gali padėti padidinti elektromobilių diapazoną ir patikimumą bei sukurti geresnius akumuliatorius, kurie galėtų padėti stabilizuoti elektros tinklą.
Energijos tiekimas: Kai ličio-mangano fosfatas auginamas naudojant naują procesą, susidaro mikroskopinės plokštelės (parodyta čia). Šios plokštės praleidžia ir elektronus, ir ličio jonus, paversdamos juos naudinga medžiaga elektrai kaupti.
Tyrėjai iš Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionalinė laboratorija (PNNL) Ričlande, Vašingtone, sukūrė techniką, kuri gali paversti potencialią elektrodo medžiagą, kuri paprastai negali kaupti elektros energijos, sukaupia daugiau energijos nei panašios jau esančios baterijos medžiagos.
Žurnale publikuotame darbe Nano raidės PNNL mokslininkai rodo, kad parafino vaškas ir oleino rūgštis skatina plokštelinių ličio-mangano fosfato nanostruktūrų augimą. Šios nanoplokštelės yra mažos ir plonos, todėl elektronai ir jonai (teigiamą ar neigiamą krūvį turintys atomai arba molekulės) gali lengvai judėti į juos ir iš jų. Tai paverčia medžiagą, kuri paprastai neveikia kaip akumuliatoriaus medžiaga dėl labai prasto laidumo, į tokią, kuri kaupia daug elektros energijos.
Kai tyrėjai išmatavo medžiagos veikimą, jie išsiaiškino, kad ji gali sukaupti 10 procentų daugiau energijos nei teorinė maksimali panašios komercinės elektrodų medžiagos – ličio ir geležies fosfato, kuri naudojama elektriniuose įrankiuose ir kai kuriose hibridinėse bei elektrinėse transporto priemonėse. .
Šis metodas galėtų atverti duris naudoti daugybę kandidatų į akumuliatorių medžiagas, kurias dabar riboja jų gebėjimas laiduoti elektrą ir ličio jonus. Tyrimai šioje srityje pasiekė tašką, kai dauguma likusių tirti akumuliatorių medžiagų turi blogą laidumą, sako Daiwonas Choi, PNNL energetinių medžiagų tyrinėtojas. Naujasis metodas suteikia paprastą būdą padidinti jų laidumą. Jis sako, kad šis metodas taip pat gali būti suderinamas su įprastais baterijų gamybos būdais.
Tiek ličio-geležies fosfatas, tiek ličio-mangano fosfatas yra patrauklūs akumuliatoriaus elektrodams, nes jie turi stabilią atominę struktūrą. Ši kristalinė struktūra, vadinama olivinu, yra daug stabilesnė nei nešiojamųjų kompiuterių ir mobiliųjų telefonų baterijose naudojamų elektrodų medžiagų kristalinė struktūra. Dėl to olivino medžiagos gali tarnauti daug ilgiau nei trejus metus, kiek paprastai tarnauja mobiliųjų telefonų baterijos. Kai kurie gamintojai teigia, kad ličio-geležies fosfato baterijos gali veikti daugiau nei 30 000 pilnų įkrovimo ir iškrovimo ciklų, neprarandant daug energijos kaupimo pajėgumų – tiek, kad baterija tarnautų 50 metų, sako Choi.
Teoriškai ličio-mangano fosfatas gali trukti panašų skaičių ciklų, nes jis turi panašią kristalinę struktūrą. Tačiau jis turi papildomą pranašumą, nes gali sukaupti 20 procentų daugiau energijos nei ličio geležies fosfatas, nes veikia esant didesnei įtampai. Tačiau buvo ypač sunku modifikuoti ličio-mangano fosfatą, kad būtų išvengta fakto, kad tai yra elektros izoliatorius.
Ankstesni bandymai reikalavo pirmtakų medžiagas apdoroti skystame tirpale prieš kuriant kietas baterijų medžiagas – šis procesas yra per brangus komercinei gamybai. Naujasis PNNL sukurtas metodas pašalina šį atskirą skysčių apdorojimo etapą, supaprastina procesą ir suderina jį su esamomis gamybos technologijomis.
Norėdami paruošti medžiagą, mokslininkai sumaišo cheminius pirmtakus su parafino vašku ir oleino rūgštimi. Vaškas ir rūgštis veikia kartu, kad pirmtakų medžiagos suformuotų gerai kontroliuojamo dydžio ir formos kristalus, nesusikaupdami. Vaškas suskystėja esant aukštai temperatūrai, naudojamai medžiagai apdoroti, ir veikia kaip tirpiklis, pakeičiantis atskirą skysčių apdorojimo etapą, naudotą ankstesniuose tyrimuose.
Kol kas medžiagą galima įkrauti tik mažu greičiu (nors ji tiekia pakankamai greitai galią daugeliui programų). Choi sako, kad vienas iš kitų žingsnių yra sukurti geresnį nanoplokštelių dengimo anglimi procesą, kuris turėtų pagerinti laidumą.
Nors ličio-mangano fosfatas yra patrauklus, nes sukaupia daugiau energijos nei ličio-geležies fosfatas, abu užima palyginti daug tūrio, palyginti su kitų tipų ličio jonų akumuliatorių elektrodais. Jeffas Dahnas, Dalhousie universiteto fizikos ir chemijos profesorius, sako, kad tai galiausiai gali padaryti juos patrauklesnius stacionarioms reikmėms, pavyzdžiui, elektros energijos kaupimui elektros tinkle, kad būtų galima išlyginti atsinaujinančių šaltinių kintamumą, nei elektra varomoms transporto priemonėms.