Mühəndislər ultra aşağı temperaturlu batareyaları daha təhlükəsiz etmək üçün qaz elektrolitlərini stabilləşdirən separator hazırlayıblar.

Xarici KİV-in məlumatına görə, San Dieqo Kaliforniya Universitetinin nano mühəndisləri akkumulyatordakı qaz elektrolitinin buxarlanmasının qarşısını almaq üçün katod və anod arasında maneə rolunu oynaya bilən batareya ayırıcısı hazırlayıblar. Yeni diafraqma fırtınanın daxili təzyiqinin yığılmasının qarşısını alır və bununla da akkumulyatorun şişməsinin və partlamasının qarşısını alır.

Tədqiqat rəhbəri, San Dieqo Kaliforniya Universitetinin Jacobs Mühəndislik Məktəbinin nanomühəndislik professoru Zheng Chen dedi: "Qaz molekullarını tutaraq, membran uçucu elektrolitlər üçün stabilizator rolunu oynaya bilər."

Yeni separator ultra aşağı temperaturda batareyanın işini yaxşılaşdıra bilər. Diafraqmadan istifadə edən batareya hüceyrəsi mənfi 40°C-də işləyə bilər və tutumu qram başına 500 milliamper saata qədər yüksək ola bilər, kommersiya diafraqma batareyası isə bu halda demək olar ki, sıfır gücə malikdir. Tədqiqatçılar bildirirlər ki, iki ay istifadəsiz qalsa belə, akkumulyator hüceyrəsinin tutumu hələ də yüksəkdir. Bu performans göstərir ki, diafraqma saxlama müddətini də uzada bilər. Bu kəşf tədqiqatçılara məqsədlərinə daha da nail olmağa imkan verir: kosmik gəmilər, peyklər və dərin dəniz gəmiləri kimi buzlu mühitlərdə nəqliyyat vasitələri üçün elektrik enerjisi təmin edə bilən batareyalar istehsal etmək.

Bu tədqiqat San Dieqodakı Kaliforniya Universitetinin nanoemühəndislik professoru Ying Shirley Meng-in laboratoriyasındakı araşdırmasına əsaslanır. Bu tədqiqatda ilk dəfə olaraq mənfi 60°C mühitdə yaxşı performans saxlaya bilən akkumulyator hazırlamaq üçün xüsusi mayeləşdirilmiş qaz elektrolitindən istifadə edilir. Onların arasında mayeləşdirilmiş qaz elektroliti təzyiq tətbiq etməklə mayeləşən və ənənəvi maye elektrolitlərə nisbətən aşağı temperaturlara daha davamlı olan qazdır.

Amma bu cür elektrolitin qüsuru var; mayedən qaza keçmək asandır. Çen dedi: "Bu problem bu elektrolit üçün ən böyük təhlükəsizlik problemidir." Maye molekullarını kondensasiya etmək və elektrolitdən istifadə etmək üçün elektroliti maye vəziyyətdə saxlamaq üçün təzyiqi artırmaq lazımdır.

Çenin laboratoriyası bu problemi həll etmək üçün San Dieqodakı Kaliforniya Universitetinin nanoemühəndislik professoru Menq və Tod Paskalla əməkdaşlıq edib. Paskal kimi hesablama mütəxəssislərinin təcrübələrini Çen və Menq kimi tədqiqatçılarla birləşdirərək, buxarlanmış elektroliti tez bir zamanda çox təzyiq etmədən mayeləşdirmək üçün bir üsul işlənib hazırlanmışdır. Yuxarıda qeyd olunan heyət San Dieqo Kaliforniya Universitetinin Material Tədqiqat Elm və Mühəndislik Mərkəzinə (MRSEC) bağlıdır.

Bu üsul qaz molekullarının kiçik nanoölçülü fəzalarda sıxışdıqda özbaşına kondensasiya olunduğu fiziki hadisədən götürülmüşdür. Bu fenomen kapilyar kondensasiya adlanır, bu da qazı daha aşağı təzyiqdə maye hala gətirə bilər. Tədqiqat qrupu bu fenomendən flüorometan qazından hazırlanmış mayeləşdirilmiş qaz elektroliti olan ultra aşağı temperaturlu batareyalarda elektroliti sabitləşdirə bilən batareya ayırıcısı yaratmaq üçün istifadə etdi. Tədqiqatçılar membranı yaratmaq üçün metal-üzvi çərçivə (MOF) adlı məsaməli kristal materialdan istifadə ediblər. MOF-un unikal cəhəti ondan ibarətdir ki, o, flüorometan qazı molekullarını tuta və nisbətən aşağı təzyiqdə kondensasiya edə bilən kiçik məsamələrlə doludur. Məsələn, flüorometan adətən mənfi 30°C-də büzülür və 118 psi qüvvəyə malikdir; lakin MOF istifadə edilərsə, eyni temperaturda məsaməlinin kondensasiya təzyiqi yalnız 11 psi-dir.

Çen dedi: "Bu MOF elektrolitin işləməsi üçün tələb olunan təzyiqi əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Buna görə də, bizim akkumulyator aşağı temperaturda deqradasiya olmadan böyük həcmdə tutum təmin edə bilər." Tədqiqatçılar MOF əsaslı separatoru litium-ion batareyada sınaqdan keçiriblər. . Litium-ion batareyası flüorokarbon katod və litium metal anoddan ibarətdir. O, onu flüorometanın mayeləşdirilməsi üçün tələb olunan təzyiqdən xeyli aşağı, 70 psi daxili təzyiqdə qaz halında olan flüorometan elektroliti ilə doldura bilər. Batareya hələ də mənfi 57°C-də otaq temperaturunun 40%-ni saxlaya bilir. Bunun əksinə olaraq, eyni temperatur və təzyiqdə, tərkibində flüorometan olan qaz elektrolitindən istifadə edən kommersiya diafraqma batareyasının gücü demək olar ki, sıfırdır.

MOF separatoruna əsaslanan mikroməsamələr əsasdır, çünki bu mikroməsamələr hətta aşağı təzyiq altında da batareyada daha çox elektrolit axını saxlaya bilir. Ticarət diafraqması böyük məsamələrə malikdir və aşağı təzyiq altında qaz elektrolit molekullarını saxlaya bilməz. Lakin mikroməsaməlik diafraqmanın bu şəraitdə yaxşı işləməsinin yeganə səbəbi deyil. Tədqiqatçılar tərəfindən hazırlanmış diafraqma, həmçinin məsamələrin bir ucdan digərinə davamlı bir yol yaratmasına imkan verir və bununla da litium ionlarının diafraqmadan sərbəst axmasını təmin edir. Testdə, mənfi 40°C-də yeni diafraqmadan istifadə edən batareyanın ion keçiriciliyi kommersiya diafraqmasından istifadə edilən batareyadan on dəfə çoxdur.

Çenin komandası hazırda MOF əsaslı separatorları digər elektrolitlər üzərində sınaqdan keçirir. Çen dedi: "Biz oxşar təsirləri gördük. Bu MOF-u stabilizator kimi istifadə etməklə, müxtəlif elektrolit molekulları, uçucu elektrolitləri olan ənənəvi litium batareyalar da daxil olmaqla, batareyanın təhlükəsizliyini yaxşılaşdırmaq üçün adsorbsiya edilə bilər."