673886040@qq.com
Новые улучшенные литий-ионные аккумуляторы, которые служат дольше в экстремальных холодах
Если у вас есть электромобиль и вы ездите по холоду, вы, вероятно, хорошо знаете о снижении производительности и запаса хода, когда температура опускается ниже нуля. Даже если вы живете в теплом месте, вы могли заметить тот же эффект в своем мобильном телефоне во время лыжной прогулки, обнаружив, что процент заряда быстро снижается, несмотря на минимальное использование.
К счастью, ученые усердно работают над совершенствованием аккумуляторных технологий, стремясь увеличить емкость, ускорить зарядку, повысить выносливость, повысить безопасность и, да, повысить производительность при очень низких температурах.
Когда температура опускается ниже нуля, сотовые телефоны необходимо часто заряжать, а расстояние до электромобиля меньше. Это связано с тем, что аноды их литий-ионных аккумуляторов становятся вялыми, удерживают меньше заряда и быстро расходуют энергию. Чтобы улучшить электрические характеристики в условиях сильного холода, исследователи, сообщающие в ACS Central Science, заменили традиционный графитовый анод в литий-ионной батарее на шероховатый материал на основе углерода, который сохраняет свою перезаряжаемую емкость до -31 ° F (-35). °С).
Как следует из названия, литий-ионный аккумулятор представляет собой тип перезаряжаемой батареи, в которой ионы лития перемещаются от отрицательного электрода через электролит к положительному электроду во время разрядки и обратно при зарядке. Литий-ионные аккумуляторы отлично подходят для питания перезаряжаемой электроники, поскольку они могут хранить много энергии и имеют длительный срок службы. Но когда температура падает ниже нуля, электрические характеристики этих источников энергии снижаются, а когда условия достаточно холодные, они могут перестать передавать заряд. Вот почему у некоторых людей, живущих на Среднем Западе США, возникают проблемы со своими электромобилями в разгар зимы, и почему опасно использовать эти батареи в космических исследованиях.
Недавно ученые определили, что плоская ориентация графита в аноде ответственна за падение емкости накопления энергии литий-ионного аккумулятора на холоде. Итак, Си Ван, Цзяннянь Яо и их коллеги хотели изменить структуру поверхности углеродсодержащего материала, чтобы улучшить процесс переноса заряда на аноде.
Чтобы создать новый материал, исследователи нагрели кобальтсодержащий цеолит-имидазолатный каркас (известный как ZIF-67) при высоких температурах. Полученные 12-сторонние углеродные наносферы имели неровные поверхности, которые продемонстрировали отличные возможности переноса электрического заряда. Затем команда проверила электрические характеристики материала в качестве анода с металлическим литием в качестве катода внутри батареи в форме монеты. Анод демонстрировал стабильную зарядку и разрядку при температурах от 77°F до -4°F (от 25°C до -20°C) и сохранял 85,9% емкости хранения энергии при комнатной температуре чуть ниже точки замерзания.
Как работают батареи?
Для сравнения, литий-ионные батареи, изготовленные с другими углеродными анодами, включая графит и углеродные нанотрубки, почти не сохраняли заряд при отрицательных температурах. Когда исследователи понизили температуру воздуха до -31°F (-35°C), анод, сделанный из неровных наносфер, все еще был перезаряжаемым, и во время разряда высвобождал почти 100% заряда, вложенного в батарею. Исследователи говорят, что включение материала неровных наносфер в литий-ионные батареи может открыть возможности для использования этих источников энергии при экстремально низких температурах.
