الکترولیت باتری ساخته شده با ترکیبات کرم پوست ، باتری های لیتیوم یون پایدار و غیر قابل اشتعال را ایجاد می کند
یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور یی چون چ LU از دانشکده مهندسی دانشگاه چین در هنگ کنگ (CUHK) با معرفی یک الکترولیت جدید به لیتیوم یون (یون لیتیوم) ، گام مهمی در جهت بهبود باتری های پر انرژی برداشته است ( لیتیوم یون) باتری. این الکترولیت معمولاً در کرم پوست مورد استفاده قرار می گیرد. ارزان ، قابل اشتعال ، کمتر سمی است و سازگار با محیط زیست است ، اما می تواند ولتاژ پایداری برای استفاده مشترک ایجاد کند. این موفقیت به تازگی در Nature Material منتشر شده است .
تبدیل باتری لیتیوم یون: از آلی قابل اشتعال به آب
در دستگاه های الکترونیکی و وسایل جانبی مانند تلفن های همراه و لپ تاپ هایی که زندگی روزمره ما را در بسیاری از موارد بهبود بخشیده است ، همیشه می توانید یک باتری Li-ion پیدا کنید. در نتیجه ویژگی های قابل شارژ و بازده انرژی پایدار ، آنها به قلب این الکترونیک تبدیل شده اند. با وجود سالها تحقیق ، باتری های لیتیوم یون هنوز به شدت به الکترولیتهای آلی سمی و قابل اشتعال برای تولید نیرو متکی هستند و خطرات جدی ایمنی حل نشده است. انفجار گوشی های هوشمند سامسونگ و باتری های موجود در هواپیمای جدید Boeing در آتش سوزی فقط چند نمونه است. این حوادث حاکی از آن است که هنوز از باتری های Li-ion اطمینان حاصل نشده است.
در مقابل ، باتری های آب لیتیوم یون قابل اشتعال نیستند و به دلیل الکترولیت مستقر در آب ، خطرات قابل توجهی از انفجار ندارند. با این حال ، باتری های آب لیتیوم یون به دلیل ولتاژ کم سلول باتری محدود شده توسط پایداری آب از مشکلات چگالی انرژی رنج می برند. هنگامی که ولتاژ بالای 1.23 ولت باشد ، الکترولیز ایجاد می کند و آب را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می کند ، عملکرد باتری و خروجی ولتاژ را بی ثبات می کند. رویکردهای موجود برای افزایش ولتاژ سلولی باتری های آبی اغلب شامل استفاده از مقادیر زیادی نمک لیتیوم یون گران و سمی برای تثبیت مولکول های آب است که این مسئله باعث افزایش هزینه ، سمیت و پایداری محیط زیست می شود.
ماده تشکیل دهنده کرم پوست به تثبیت الکترولیت آبی کمک می کند
تیم Prof. LU با تکیه بر تحقیقات قبلی خود در مورد باتری های آب لیتیوم آبی ، "شلوغی مولکولی" را به یک الکترولیت آبی رمان جدید معرفی کردند تا نمک های لیتیوم یون را به عنوان عامل اصلی تثبیت جایگزین کنند.
"جمع شدن مولکولی" یک پدیده شایع در سلولهای زنده است و این واقعیت را توصیف می کند که وقتی ماکرومولکول ها (پروتئین ها ، قندهای پیچیده ، پلی ساکاریدها و غیره) یا مولکول های کوچک آبگریز (متابولیت ها ، اسمولیت ها) به طور قابل ملاحظه ای تغییر می یابند. سطح غلظت. به عنوان یک نتیجه از محیط های شلوغ ، به دلیل تغییر در ساختار پیوند هیدروژن در آب ، فعالیت حلال آب کاهش می یابد.
تیم پروفسور LU تصمیم گرفت از پلی (اتیلن گلیکول) یا PEG برای تکثیر "تراکم مولکولی" در الکترولیت استفاده کند. PEG یک پلیمر محلول در آب است که می تواند به راحتی در باتری های آبی وارد شود. همچنین اساس بسیاری از کرم های پوستی و روان کننده های شخصی است و حتی در خمیردندان ها و به عنوان ماده ضد کف در مواد غذایی و نوشیدنی ها نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
این تیم با استفاده از این ماده تثبیت کننده جدید ، یک کاتد LiMn2O4 و یک آند Li4Ti5O12 ، با موفقیت با استفاده از این الکترولیت جدید ، پنجره پایداری الکترولیت آبی را به 3.2 ولت گسترش داده و عملکرد باتری پایدار را برای ارائه چگالی انرژی بالا 75-100Wh در هر کیلوگرم بیش از 300 چرخه نشان داد. ؛ ولتاژ عملیاتی را می توان با پوشش ژل به بیش از 4.0 ولت افزایش داد. واکنشهای جانبی متداول در باتری های Li-on آبی (واکنشهای تکامل هیدروژن / اکسیژن) از بین می روند. آزمایش قابلیت اشتعال برای اثبات ویژگی های ضد آتش الکترولیت رمان ، به طور قابل توجهی ایمنی باتری های لیتیوم یون را بهبود بخشید.
پروفسور LU گفت: "این الکترولیت استفاده از بسیاری از الکترودها را که در الکترولیتهای آبی معمولی قابل استفاده نیستند امکان پذیر می سازد. مهمتر از همه ، این یافته تحقیق بستر جدیدی را برای طراحی یک الکترولیت آبی با پنجره ولتاژ بزرگ و پایداری بالا برای ایمن فراهم می آورد. ، ذخیره انرژی کم هزینه و سازگار با محیط زیست. "
