Ang recycled conductor ay nagdaragdag ng kahusayan at kaligtasan ng mga baterya ng lithium-ion

Ang mga siyentista sa Stanford at SLAC ay muling nagbago ng kasalukuyang mga conductor – manipis na mga metal foil na namamahagi ng kasalukuyang sa at mula sa mga electrode – upang gawing mas magaan, ligtas at mas mahusay ang mga baterya ng lithium-ion. Pinalitan nila ang all-copper conductor, daluyan, ng isang layer ng magaan na polimer na pinahiran ng ultra-manipis na tanso (kanang itaas), at naka-embed sa mga polymer layer na retardant ng apoy upang mapatay ang apoy (kanang bahagi sa ibaba). May-akda: Yushen E / Stanford University

Ang pagdaragdag ng mga polymer at proteksyon sa sunog sa mga kolektor ng baterya ay ginagawang mas magaan, mas ligtas at tungkol sa 20% na mas mahusay.

Ang isang ganap na bagong diskarte sa paggawa ng mga baterya ng lithium-ion na mas magaan, mas ligtas at mas mahusay, ang mga siyentista mula sa Stanford University at Department of Energy’s National SLAC Accelerator Laboratory ay nag-recycle ng isa sa pinakamabibigat na bahagi ng mga baterya – mga sheet ng tanso o aluminyo foil na kilala bilang mga toks ng kolektor. – kaya’t tumimbang sila ng 80% na mas mababa at agad na pinapatay ang anumang apoy na sumabog.

Ayon sa mga mananaliksik, maaaring malutas ng teknolohiyang ito ang dalawang pangunahing layunin ng pagsasaliksik sa baterya: pagpapalawak ng saklaw ng paggalaw ng mga de-koryenteng sasakyan at pagbabawas ng panganib na masunog ang mga laptop, mobile phone at iba pang mga aparato. Ito ay lalong mahalaga kapag ang mga baterya ay nagcha-charge ng napakabilis, lumilikha ng maraming uri ng pinsala sa baterya na maaaring humantong sa sunog.

Inilarawan ng pangkat ng pananaliksik ang kanilang gawain sa Ang lakas ng kalikasan Oktubre 15, 2020

“Ang kasalukuyang kolektor ay palaging itinuturing na isang patay na timbang, at sa ngayon ay hindi ito matagumpay na ginamit upang mapabuti ang pagganap ng baterya,” sinabi ni Yi Cui, isang propesor sa SLAC at Stanford, isang mananaliksik sa Stanford Institute of Materials and Energy Science (SIMES) na namuno sa pag-aaral.

“Ngunit sa aming pag-aaral, sa pamamagitan ng paggawa ng mas magaan ang kolektor na 80%, tumaas ang density ng enerhiya ng mga baterya ng lithium-ion – kung magkano ang enerhiya na maitatago nila sa isang naibigay na bigat – ng 16-26%. Ito ay isang malaking pagtalon kumpara sa average na paglago ng 3% na nakakamit sa mga nagdaang taon. “

Recycled kasalukuyang kolektor para sa mga baterya ng lithium-ion

Kung ikukumpara sa kasalukuyang mga kolektor sa modernong mga baterya ng lithium-ion, ang bagong bersyon, na binuo ng mga siyentista sa Stanford at SLAC, ay ginagawang mas magaan ang mga baterya, mas mahusay sa enerhiya at mas ligtas. Maaari rin itong bawasan ang mga gastos sa pamamagitan ng pagpapalit ng tanso ng isang mas murang polimer at pagbaba ng halaga ng pagdadala ng mga baterya para sa pag-recycle. May-akda: Greg Stewart / National Accelerator Laboratory SLAC

Desperado na mawalan ng timbang

Dumating man ito sa anyo ng mga silindro o bag, ang mga baterya ng lithium-ion ay mayroong dalawang kasalukuyang kolektor, isa para sa bawat elektrod. Ipinamamahagi nila ang kasalukuyang dumadaloy papunta o labas ng elektrod, at bumubuo ng 15% hanggang 50% ng bigat ng ilang malakas o ultra-manipis na baterya. Ito ay pinaka-kanais-nais na mag-ahit ng bigat ng baterya, na nagpapahintulot sa mga mas magaan na aparato at bawasan ang bigat ng mga de-koryenteng sasakyan; ang pag-iimbak ng mas maraming enerhiya sa isang naibigay na timbang ay nagbibigay-daan sa parehong mga aparato at mga de-koryenteng sasakyan upang lumipat sa pagitan ng mga pagsingil nang mas matagal.

Ang pagbawas ng timbang sa baterya at pagkasunog ay maaari ding magkaroon ng malaking epekto sa pag-recycle, na ginagawang mas mura ang transportasyon ng mga recycled na baterya, sinabi ni Cui.

Sinusubukan ng mga mananaliksik sa industriya ng baterya na bawasan ang bigat ng kasalukuyang mga kolektor sa pamamagitan ng paggawa ng mga ito na mas payat o mas maraming butas, ngunit ang mga pagsubok na ito ay nagkaroon ng hindi ginustong mga epekto, tulad ng paggawa ng mga baterya na mas marupok, hindi matatag ang kimika o nangangailangan ng mas maraming electrolyte, na nagdaragdag ng gastos, sinabi ni Yushen Ye, mag-aaral ng PhD. Ang laboratoryo ng Cui, na nagsagawa ng mga eksperimento sa dumadalaw na siyentista na si Lien-Yang Chow.

Tungkol sa isyu sa kaligtasan, sinabi niya: “Sinubukan din ng mga tao na magdagdag ng antilephatability sa electrolyte ng baterya, na isang nasusunog na bahagi, ngunit maaari kang magdagdag ng marami hanggang sa maging malapot at hindi na magsagawa ng mga ions.”

Panganib sa sunog ng mga baterya ng lithium-ion

Sa isang pag-aaral na isinagawa sa Stanford at SLAC, ang mga baterya ng lithium-ion na ginawa gamit ang mga kasalukuyang pangkolekta ngayon (itaas na hilera) ay nasunog nang mailantad sa isang bukas na apoy at masiglang nasunog hanggang sa masunog ang buong electrolyte. Ang mga baterya na may bagong mga retardant ng apoy (ilalim na hilera) ay gumawa ng isang mahinang apoy na lumabas sa loob ng mga segundo at hindi muling nag-apoy, kahit na sinubukan ng mga siyentista na sunugin ang mga ito. May-akda: Yushen E / Stanford University

Disenyo ng sandwich ng polymer foil

Matapos ma-brainstorming ang problema sa Cui, ang E at nagtapos na mag-aaral na si Yayuan Liu ay gumawa ng mga eksperimento upang gumawa at subukan ang mga kasalukuyang kolektor batay sa isang magaan na polimer na tinawag na polyimide, na lumalaban sa sunog at lumalaban sa mataas na temperatura na nilikha ng mabilis na pagsingil ng baterya. Ang polimer ay naka-embed na retardant ng apoy – triphenylphosphate o thermal power plant, na pagkatapos ay pinahiran sa parehong mga ibabaw na may isang ultra-manipis na layer ng tanso. Ang boiler ay hindi lamang gaganap ng karaniwang kasalukuyang gawain sa pamamahagi, ngunit protektahan din ang polimer at ang mga retardant ng apoy.

Ang mga pagbabagong ito ay nagbawas ng bigat ng kasalukuyang kolektor ng 80% kumpara sa mga modernong bersyon, sinabi ni E. Nangangahulugan ito ng pagtaas ng density ng enerhiya na 16-26% sa iba’t ibang mga uri ng baterya, at nagsasagawa ito ng kasalukuyang tulad ng maginoo na mga kolektor nang walang pagkasira.

Sa ilalim ng impluwensya ng bukas na apoy mula sa mas magaan, ang mga bag ng baterya na gawa sa mga kasalukuyang kolektor ngayon ay nasunog at sinunog nang masama hanggang sa masunog ang lahat ng electrolyte, sinabi ni E. Ngunit sa mga baterya na may mga bagong kolektor ng retardant na apoy, ang apoy ay hindi nag-apoy, na lumilikha ng isang mahina na apoy. sa loob ng ilang segundo, at hindi nag-apoy muli, kahit na sinubukan ng mga siyentista na sunugin ito.

Ang isa sa malaking pakinabang ng diskarte na ito, sinabi ni Cui, ay ang bagong kolektor ay dapat na madaling gawin pati na rin mas mura dahil pinapalitan nito ang bahagi ng tanso ng isang murang polimer. Samakatuwid, ang pag-scale nito para sa komersyal na produksyon, sinabi niya, “ay dapat na napaka maisagawa”. Ang mga mananaliksik ay nagsampa ng aplikasyon ng patent sa pamamagitan ng Stanford, at sinabi ni Cui na makikipag-ugnay siya sa mga tagagawa ng baterya upang tuklasin ang mga posibilidad.

Sanggunian: “Ultralight at fire extinguisher para sa mataas na enerhiya at mataas na kaligtasan na mga baterya ng lithium-ion” Yusheng Ye, Lien-Yang Chou, Yayuan Liu, Hansen Wang, Hiang Qui Li, Wenxiao Huang, Jiayu Wang, Kai Liu, Yuanming Zhou Yang, Xin Xiao, Xin Gao, David Thomas Boyle, Hao Chen, Wenbo Zhang, Sang Cheol Kim at Yi Cui, Oktubre 15, 2020, Ang lakas ng kalikasan.
DOI: 10.1038 / s41560-020-00702-8

Ang gawaing ito ay suportado ng Office of Energy Efficiency at Renewable Energy, ang Opisina ng Automotive Technology ng Ministri ng Enerhiya sa ilalim ng Rapid Assessment Program para sa Lithium-Ion Cellular Batteries (XCEL).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang pag-iimbak ng nababagong enerhiya sa mga bato sa halip na mga baterya ng lithium

Kapag may labis na kuryente mula sa hangin o solar na enerhiya, sisingilin ang supply ng enerhiya. Ginagawa ito gamit ang isang sistema...

Ang Flat Pasta ay Pinagbuti Na Ang Morphs Sa Hugis Kapag Luto

Pinangunahan ng CMU Lab ang pagbuo ng pasta na humuhubog kapag luto na. Kredito: Carnegie Mellon University Ang mga flat-pack noodle ay lumilikha ng...

Mga debate sa mga Dalubhasa: Na-diagnose ba ang PTSD?

Ang ilang mga klinika ay nag-aalala na post-traumatic stress disorder (PTSD) ang diyagnosis ay nadagdagan sa buong lipunan ng Kanluran mula pa noong huling...

Ang ilaw ng Zap ay nagpapalit ng mga kulay at pattern ng mga bagay

Ang bagong sistema ay gumagamit ng ilaw na UV na inaasahang sa mga bagay na natatakpan ng isang tinain na pinapagana ng ilaw upang...

Oo, Maaari kang Magkaroon ng Higit sa 150 Mga Kaibigan

Ang mga indibidwal ay maaaring mapanatili ang matatag na mga pakikipag-ugnay sa lipunan na may halos 150 katao. Ito ay isang mungkahi na...

Newsletter

Subscribe to stay updated.