Chất điện phân khí hóa lỏng để tạo ra pin lithium-kim loại có thể phục hồi nhiệt độ

Chất điện phân khí hóa lỏng để tạo ra pin lithium-kim loại có thể phục hồi nhiệt độ

    [Vui lòng đăng ký trang Youtube của Pacific Group tại

    https://www.youtube.com/channel/UCAxje1GxiUpZD6MEcR0f5Jg/videos

    Chúng tôi có các buổi chia sẻ về kinh doanh thực tế hàng tuần]

    Chất điện phân khí hóa lỏng để tạo ra pin lithium-kim loại có thể phục hồi nhiệt độ

    a, Lựa chọn đimetyl ete, là ete đơn giản nhất, vận chuyển nhanh, có tính tan Li + mạnh và tính tan trong muối cao. b, Thành phần của chất dập lửa sạch FS 49 C2. c, Đề xuất cấu trúc giải của các LGE được thiết kế. Màu sắc: Li +, tím; C, màu xám; O, màu đỏ; H, màu trắng; F, lục lam; Me2O, màu da cam; TFE, màu xanh lam; PFE, màu vàng; anion, hạt dẻ. Ảnh: Yin et al.

    A liquefied gas electrolyte to create temperature-resilient lithium-metal batteries
    Pin dựa trên Lithium Ion là một trong những công nghệ pin hiệu quả nhất và được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, chất điện phân của pin chủ yếu chứa dung môi hữu cơ có ga, được coi là rất dễ cháy với cửa sổ nhiệt độ hẹp. Để đảm bảo rằng chúng không bắt lửa khi hoạt động ở nhiệt độ khắc nghiệt, các kỹ sư phải thiết kế các chất điện phân an toàn hơn không chỉ không bắt lửa mà còn có thể hoạt động ở một phạm vi nhiệt độ rộng.

    Các nhà nghiên cứu thuộc nhóm Shirley Meng của Đại học California San Diego và tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội gần đây đã phát triển chất điện phân khí hóa lỏng mới có thể được sử dụng để sản xuất pin kim loại lithium có thể hoạt động an toàn từ -60 đến 55 oC. Các chất điện phân này có cấu trúc độc đáo, được nêu trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Energy, giúp chúng có khả năng dập lửa.

    "Chất điện phân khí hóa lỏng (LGE) lần đầu tiên được nhóm nghiên cứu của chúng tôi lên ý tưởng trong một bài báo đăng trên tạp chí Science vào năm 2017 và đã được phát triển trong hơn 5 năm", Yijie Yin, một trong những nhà nghiên cứu đang làm việc trong lĩnh vực này từ phòng thí nghiệm của GS Meng. , nói với TechXplore. "Nó bao gồm nhiều loại khí fluorocarbon, khi được đặt dưới áp suất, hóa lỏng để tạo thành chất điện phân ổn định về mặt hóa học, điểm đóng băng thấp, chi phí thấp."

    So với nhiều chất điện phân hiện đại được giới thiệu trong các bài báo trước đây, LGE do Yin và các đồng nghiệp của ông thiết kế có khả năng tương thích cao với pin kim loại lithium. Trong các thử nghiệm ban đầu với cực dương Li, nó đã đạt được hiệu suất là 99,6% hiệu suất Coulombic trung bình (CE) trong hơn 500 chu kỳ và có thể quay vòng 18650 tế bào trong điều kiện khắc nghiệt.

    Các LGE ban đầu do nhóm thiết kế dựa trên floromethane (FM) và difluoromethane (DFM). Bất chấp những ưu điểm của chúng, những chất điện phân này vẫn dễ bắt lửa dưới áp suất vận hành vừa phải.

    "Để khắc phục những lo ngại về an toàn do các thử nghiệm trước đây của chúng tôi tiết lộ, chúng tôi đã tích hợp các tính năng an toàn của LGE bằng cách kết hợp các chất chữa cháy sạch vào thành phần của chúng, một khả năng chỉ có ở các hệ thống LGE", Yin giải thích. "1,1,1,2 tetrafluoroethane (TFE) và pentafluoroethane (PFE) là dung môi chữa cháy, nhưng cũng duy trì điểm đóng băng thấp, chi phí thấp với áp suất hơi giảm."

    LGE mới được giới thiệu trong bài báo gần đây của nhóm được tạo nên một phần lớn (tức là trên 80% tỷ lệ thể tích của nó) của các thành phần chữa cháy, sạch TFE và PFE. Điều này làm tăng đáng kể độ an toàn của chúng, giảm đáng kể nguy cơ pin kim loại lithium sẽ bắt lửa ở nhiệt độ cao.

    Yin cho biết: “Chúng tôi cũng thêm dimethyl ete để hòa tan muối và tạo thành chất điện phân có tỷ lệ muối trên ete đậm đặc để tạo ra một cửa sổ điện hóa rộng và các giao diện ổn định đối với Li và catốt,” Yin nói. "Nhờ áp suất hơi thấp (~ 5 atm), dung môi khí hóa lỏng có thể dễ dàng tái chế dựa trên sự chênh lệch áp suất hơi của chúng ở các nhiệt độ khác nhau."

    Hầu hết các loại pin lithium-ion hiện có sử dụng chất điện phân dễ cháy không thể hoạt động bên dưới
    -20 oC và có thể làm nóng các thiết bị trong quá trình sạc quá mức. Trong tương lai, LGE do Yin và các đồng nghiệp của ông giới thiệu có thể thay thế một số chất điện phân này, giúp cải thiện độ an toàn của công nghệ pin dựa trên lithium.

    Do cấu trúc solvat hóa độc đáo của chúng, các chất điện phân được phát triển không chỉ duy trì độ dẫn điện gần như không đổi trong một phạm vi nhiệt độ rộng hơn 130 độ, mà còn đảm bảo rằng cation Li + là chất vận chuyển ưu thế thay vì các anion trong chất điện phân lỏng hiện tại. Cả hai yếu tố này đều giúp tăng hiệu suất tốc độ pin cho phép pin hoạt động ở nhiệt độ thấp.

    Trong các thí nghiệm gần đây của họ, Yin, Borodin và các đồng nghiệp của họ đã chứng minh nhiều ưu điểm của thiết kế LGE cải tiến của họ, bao gồm hiệu suất, khả năng chống chịu với nhiệt độ rộng và tính bền vững của chúng. Ngoài ra, cách tiếp cận của họ rất độc đáo, vì nó xem xét lại một số nguyên tắc cơ bản của thiết kế chất điện phân cho công nghệ pin.

    "Vì dimethyl ether là một dung môi mới được báo cáo, nó có tính năng ether đơn giản nhất có khả năng tương thích với kim loại Li. Nó cũng có các đặc tính vật lý và đặc tính vận chuyển điện hóa nổi bật", Yin nói thêm. "Chúng tôi hiện có kế hoạch khai thác tiềm năng của dimethyl ether trong nghiên cứu pin khác — ví dụ: pin hoạt động ở nhiệt độ cực thấp. Việc theo đuổi pin điện áp cao (> 4,5 V) cũng là mối quan tâm của chúng tôi. Bài báo của chúng tôi chưa đề cập đến mức cao -độ ổn định điện áp và chúng tôi sẽ phát triển hơn nữa electrol của mình bạn có thể đạt được mục tiêu đó cũng như duy trì tính linh hoạt của hiệu suất như bài báo Năng lượng Tự nhiên của chúng tôi đã báo cáo. "

    Zalo
    Hotline