211service.com
Palielināts akumulatora darbības laiks un ietilpība
Jauns ķīmisks triks nanostrukturētu materiālu izgatavošanai varētu palīdzēt palielināt elektrisko automašīnu diapazonu un uzticamību, kā arī radīt labākas baterijas, kas varētu palīdzēt stabilizēt elektrotīklu.
Enerģijas pasniegšana: Kad litija-mangāna fosfātu audzē, izmantojot jaunu procesu, tas veido mikroskopiskas plāksnes (parādīts šeit). Šīs plāksnes vada gan elektronus, gan litija jonus, pārvēršot tos par noderīgu materiālu elektrības uzglabāšanai.
Pētnieki pie Klusā okeāna ziemeļrietumu nacionālā laboratorija (PNNL) Ričlendā, Vašingtonā, ir izstrādājuši paņēmienu, kas potenciālu elektrodu materiālu, kas parasti nevar uzglabāt elektroenerģiju, var pārvērst par tādu, kas uzglabā vairāk enerģijas nekā līdzīgi tirgū jau pieejamie akumulatoru materiāli.
Darbā, kas publicēts žurnālā Nano burti PNNL pētnieki parāda, ka parafīna vasks un oleīnskābe veicina litija-mangāna fosfāta plākšņu nanostruktūru augšanu. Šīs nanoplātnes ir mazas un plānas, ļaujot elektroniem un joniem (atomiem vai molekulām ar pozitīvu vai negatīvu lādiņu) viegli pārvietoties un izkļūt no tām. Tas pārvērš materiālu, kas parasti nedarbojas kā akumulatora materiāls tā ļoti sliktās vadītspējas dēļ, par tādu, kas uzglabā lielu daudzumu elektroenerģijas.
Kad pētnieki novērtēja materiāla veiktspēju, viņi atklāja, ka tas var uzglabāt par 10 procentiem vairāk enerģijas nekā teorētiskā maksimālā enerģijas ietilpība salīdzināmam komerciālam elektrodu materiālam – litija-dzelzs fosfātam, ko izmanto elektroinstrumentos un dažos hibrīdos un elektriskos transportlīdzekļos. .
Šī pieeja varētu pavērt iespēju izmantot plašu iespējamo akumulatoru materiālu klāstu, ko tagad ierobežo to spēja vadīt elektrību un litija jonus. Pētījumi šajā jomā ir sasnieguši punktu, kurā lielākajai daļai pētāmo akumulatoru materiālu ir slikta vadītspēja, saka Daivons Čo, PNNL enerģijas materiālu pētnieks. Jaunā metode nodrošina vienkāršu veidu, kā palielināt to vadītspēju. Viņš saka, ka šī metode varētu būt saderīga arī ar parastajām akumulatoru ražošanas metodēm.
Gan litija-dzelzs fosfāts, gan litija-mangāna fosfāts ir pievilcīgi akumulatora elektrodos, jo tiem ir stabila atomu struktūra. Šī kristāliskā struktūra, ko sauc par olivīnu, ir daudz stabilāka nekā klēpjdatoru un mobilo tālruņu baterijās izmantoto elektrodu materiālu kristāliskā struktūra. Rezultātā olivīna materiāli var kalpot daudz ilgāk nekā trīs gadus, ko parasti kalpo mobilo tālruņu akumulatoru materiāli. Daži ražotāji apgalvo, ka litija-dzelzs fosfāta akumulatori var izturēt vairāk nekā 30 000 pilnu uzlādes un izlādes ciklu, nezaudējot lielu daļu enerģijas uzkrāšanas spējas — pietiekami, lai akumulators darbotos 50 gadus, saka Choi.
Teorētiski litija-mangāna fosfāts varētu ilgt līdzīgu ciklu skaitu, jo tam ir līdzīga kristāliskā struktūra. Bet tam ir papildu priekšrocība, jo tas, iespējams, spēj uzglabāt par 20 procentiem vairāk enerģijas nekā litija-dzelzs fosfāts, jo tas darbojas ar augstāku spriegumu. Tomēr ir bijis īpaši grūti pārveidot litija-mangāna fosfātu, lai pārvarētu faktu, ka tas ir elektriskais izolators.
Iepriekšējos mēģinājumos ir bijis nepieciešams apstrādāt prekursoru materiālus šķidrā šķīdumā, pirms tika izveidoti cietie akumulatoru materiāli — process, kas ir pārāk dārgs komerciālai ražošanai. Jaunā metode, kas izstrādāta PNNL, novērš šo atsevišķo šķidruma apstrādes posmu, vienkāršojot procesu un padarot to saderīgu ar esošajām ražošanas metodēm.
Lai sagatavotu materiālu, pētnieki sajauc ķīmiskos prekursorus ar parafīna vasku un oleīnskābi. Vasks un skābe darbojas kopā, lai prekursoru materiāli veidotu labi kontrolēta izmēra un formas kristālus, nesavienojot. Vasks sašķidrinās augstās temperatūrās, ko izmanto materiāla apstrādei, un darbojas kā šķīdinātājs, kas aizstāj iepriekšējos pētījumos izmantoto atsevišķu šķidruma apstrādes posmu.
Līdz šim materiālu var uzlādēt tikai ar zemu ātrumu (lai gan tas nodrošina pietiekami ātru jaudu daudziem lietojumiem). Choi saka, ka viens no nākamajiem soļiem ir izstrādāt labāku procesu nanoplākšņu pārklāšanai ar oglekli, kam vajadzētu uzlabot vadītspēju.
Lai gan litija-mangāna fosfāts ir pievilcīgs, jo tas uzglabā vairāk enerģijas nekā litija-dzelzs fosfāts, abi aizņem salīdzinoši lielu tilpumu, salīdzinot ar cita veida litija jonu akumulatoru elektrodiem. Džefs Dāns, Dalhousie universitātes fizikas un ķīmijas profesors, saka, ka tas galu galā varētu padarīt tos pievilcīgākus stacionāriem lietojumiem, piemēram, elektroenerģijas uzglabāšanai elektrotīklā, lai palīdzētu izlīdzināt mainīgumu no atjaunojamiem avotiem, nekā elektriskajiem transportlīdzekļiem.