یک غشای باتری جدید با الهام از زیست محیطی به باتری پنج برابر ظرفیت طراحی استاندارد لیتیوم یونی این صنعت اجازه می دهد تا هزاران چرخه مورد نیاز برای تامین انرژی یک خودروی الکتریکی را اجرا کند.
یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که شبکه‌ای از نانوالیاف آرامید بازیافتی کرامار می‌تواند به باتری‌های لیتیوم سولفور اجازه دهد تا در طول عمر بر پاشنه آشیل خود غلبه کنند - تعداد دفعاتی که می‌توانند شارژ و دشارژ شوند.
نیکلاس کوتوف، استاد علوم و مهندسی شیمی در این باره می گوید: «تعدادی گزارش وجود دارد که ادعا می کند چند صد چرخه برای باتری های لیتیوم-گوگرد وجود دارد، اما این به هزینه پارامترهای دیگر - ظرفیت، سرعت شارژ، پایداری و ایمنی به دست می آید. دانشگاه در میشیگان
چالش امروزی ساختن باتری است که سرعت دوچرخه‌سواری را از 10 چرخه قبلی به صدها چرخه افزایش می‌دهد و بسیاری از الزامات دیگر از جمله هزینه را برآورده می‌کند.
"مهندسی بیومیمتیک این باتری ها دو مقیاس - مولکولی و مقیاس نانو را ادغام می کند. برای اولین بار، ما انتخاب یونی غشای سلولی و قدرت غضروف را ادغام کردیم. رویکرد سیستم های یکپارچه ما ما را قادر ساخته تا با چالش های جامع باتری های لیتیوم-گوگرد روبرو شویم.
"این کمی شبیه ژیمناستیک برای المپیک است - شما باید در همه جا کامل باشید، از جمله پایداری تولید آنها."
پیش از این، تیم او به شبکه‌هایی از نانوالیاف آرامید تزریق شده با ژل الکترولیت برای متوقف کردن یکی از دلایل اصلی چرخه عمر کوتاه متکی بود: دندریت‌هایی که از یک الکترود به الکترود دیگر رشد می‌کنند و غشا را سوراخ می‌کنند. دوام الیاف آرامید دندریت را متوقف می کند.
اما باتری‌های لیتیوم-گوگرد مشکل دیگری دارند: مولکول‌های کوچک لیتیوم و گوگرد تشکیل می‌شوند و به سمت لیتیوم جریان می‌یابند و ظرفیت باتری را به هم متصل کرده و کاهش می‌دهند. غشاء برای اجازه دادن به یون های لیتیوم از لیتیوم به سولفور و بالعکس - و مسدود کردن ذرات لیتیوم و گوگرد به نام پلی سولفیدهای لیتیوم مورد نیاز است. این توانایی انتخاب یونی نامیده می شود.
احمد امره، دانشجوی فوق دکترا در مهندسی شیمی و یکی از نویسندگان مقاله، گفت: «با الهام از کانال‌های یونی بیولوژیکی، ما بزرگراه‌های لیتیوم یونی را طراحی کردیم که پلی سولفیدهای لیتیوم نمی‌توانند عوارض آن را عبور دهند. ارتباطات طبیعی.
یون های لیتیوم و پلی سولفیدهای لیتیوم از نظر اندازه مشابه هستند، بنابراین کافی نیست که پلی سولفیدهای لیتیوم را با ایجاد کانال های کوچک مسدود کنیم. محققان با شبیه سازی منافذ در غشاهای بیولوژیکی، بار الکتریکی را به منافذ غشای باتری اضافه کردند.
آنها این کار را با استفاده از پلی سولفیدهای لیتیوم انجام دادند: آنها به نانوالیاف آرامید چسبیدند و بارهای منفی آنها یون های پلی سولفید لیتیوم را که همچنان روی الکترود گوگرد تشکیل می شدند دفع می کرد. با این حال، یون های لیتیوم با بار مثبت می توانند آزادانه عبور کنند.
کوتوف می‌گوید: «دستیابی به سطوح رکورد برای پارامترهای بسیاری برای خواص بسیاری از مواد، چیزی است که اکنون برای باتری‌های خودرو مورد نیاز است. "این کمی شبیه ژیمناستیک برای المپیک است - شما باید در همه جا کامل باشید، از جمله پایداری تولید آنها."
به عنوان یک باتری، کوتوف می گوید که این طراحی "تقریبا بی نقص" است و ظرفیت و کارایی آن به محدودیت های نظری نزدیک می شود. همچنین می‌تواند با دمای شدید زندگی خودرو، از گرمای شارژ شدن در آفتاب کامل گرفته تا سرمای زمستان، مقابله کند. او می‌گوید، با این حال، چرخه زندگی واقعی می‌تواند با شارژ سریع کوتاه‌تر باشد تا 1000 چرخه. این یک زندگی 10 ساله در نظر گرفته می شود.
علاوه بر ظرفیت بالاتر، باتری های لیتیوم-گوگرد دارای مزایایی نسبت به سایر باتری های لیتیوم-یونی هستند. گوگرد بسیار بیشتر از الکترودهای لیتیوم یون کبالت است. علاوه بر این، الیاف آرامید غشای باتری را می توان از جلیقه های ضد گلوله قدیمی بازیافت کرد.
بنیاد ملی علوم و وزارت دفاع بودجه این کار را تامین کردند. این تیم در حال بررسی غشا در مرکز مواد میشیگان است. دانشگاه میشیگان این غشا را به ثبت رسانده است و کوتوف در حال توسعه یک شرکت برای عرضه آن به بازار است.
کوتوف همچنین استاد مهندسی و استاد مهندسی شیمی، علم و مهندسی مواد و علوم و مهندسی ماکرومولکولی است.
منبع: دانشگاه میشیگان
[ad_2]
مقالات مشابه
- Hong Kong residents defend free press as China cracks down
- روزانه شایعات: 17 مارس سال 2020
- برخی از سواحل فلوریدا بازگشایی شد. چند گزارش کاملا شلوغ است.
- مای ممبر، بهترین سایت خرید ممبر تلگرام
- مغلوب ساختن پیشی جستن را تصویب امتیاز پشت است به حالت عادی coronavirus پاسخ شماره در قرمز نظرسنجی جدید نشان می دهد
- AMC می گوید آن نیاز به ماسک در تمام تئاتر کمتر از 24 ساعت پس از گفتن آن نمی
- Unquiet در جبهه غرب: چرا 74-سال اتحاد میان اروپا و امریکا در حال سقوط است از هم جدا
- اوباما انتقاد شدید تهمت بیش COVID-19 pandemic پاسخ گزارش می گوید
- استارباکس می گوید آن را به 'توقف تبلیغات در رسانه های اجتماعی برای جلوگیری از گسترش نفرت سخنرانی'
- کانادا rebuts شورای امنیت سازمان ملل متحد منتقدان به عنوان شامپاین سر به نیویورک برای فشار نهایی