À la fin du mois de juillet 2008, un avion solaire britannique a survolé pendant trois jours à haute altitude, créant ainsi un record d'endurance non officiel. Premièrement, il pilote l’avion la nuit et son efficacité est inégalée, même au sommet de la batterie.
Avion solaire Zephyr S (image du réseau) Dix ans plus tard, le monde semble attendre la commercialisation des batteries Li-S. La percée des chercheurs de l'Université Drexel vient d'éliminer les énormes obstacles qui entravent sa survie.
Les entreprises technologiques ont compris que le développement des ordinateurs portables, des téléphones mobiles et des véhicules électriques dépendait d'une amélioration constante des performances de la batterie. La technologie ne peut être avancée que si la batterie le permet. Les batteries lithium-ion sont actuellement considérées Est la meilleure batterie sur le marché - atteint la limite d'amélioration.
À mesure que les performances de la batterie se rapprochent de la stabilité, certaines entreprises tentent de réduire la taille des composants internes qui ne contribuent pas au stockage de l'énergie en pressant, afin de brancher la dernière volt sur le périphérique de stockage.Ces changements de structure peuvent avoir des effets secondaires malheureux. Par exemple, une série d'accidents d'explosion s'est produite dans les téléphones mobiles Samsung en 2016.
Téléphone mobile Samsung après l'explosion de la batterie (image du réseau) Des chercheurs et des entreprises de technologie étudient les moyens de remplacer les batteries lithium-ion par des batteries lithium-soufre (Li-S), car cette nouvelle réaction chimique met théoriquement davantage d'énergie dans une seule batterie - une mesure C'est ce qu'on appelle la densité d'énergie dans le développement de la batterie.Cette amélioration apporte environ 5 à 10 fois la capacité d'une batterie lithium-ion, ce qui équivaut à un temps de batterie plus long entre cette charge et la charge suivante.
Le problème, c’est que la batterie Li-S ne peut plus maintenir sa capacité supérieure après l’achèvement des premières charges. La migration entraîne la perte de cet élément clé et la dégradation des performances lors du rechargement.
Les scientifiques tentent de stabiliser ces réactions de polysulfure dans les batteries Li-S depuis des années, mais la plupart des tentatives ont d'autres complications, telles que donner du poids aux batteries, nécessitant des matériaux coûteux ou plusieurs étapes de traitement compliquées. Mais maintenant, une nouvelle méthode est née: une étude réalisée par la Drexels School of Engineering dans le dernier numéro du Journal of Applied Chemistry and Interfaces de la American Chemical Society s'intitule 'Nanofibres de dioxyde de titane (TiO) sous forme de Li Rapport sur les fixateurs polysulfurés dans les piles -S: preuves d'interactions acide-base de Lewis, suggérant qu'il peut maintenir les polysulfures en place, en maintenant l'endurance impressionnante de ces cellules tout en réduisant le poids total et en les produisant Temps requis
Nous avons créé Tapis nanofibre d'oxyde de titane poreux et autoportant Dr. Vibha Kalra a déclaré: "C'est un développement majeur parce que notre cathode en titane-soufre a une conductivité élevée. C'est un matériau de cathode dans les batteries au lithium-soufre, a déclaré Vibha Kalra. , capable de combiner le polysulfure par le biais de fortes interactions chimiques, ce qui signifie qu’il peut augmenter la capacité spécifique de la batterie tout en maintenant ses performances, ce qui permet également d’éliminer complètement le liant et de le fixer du côté de la cathode. Les appareils électriques, qui représentent 30 à 50% du poids de l'électrode - notre méthode ne prend que quelques secondes pour former une cathode au soufre. La norme actuelle peut prendre jusqu'à une demi-journée. '
Leurs résultats montrent que le tapis de nanofibres est similaire au nid au niveau microscopique et constitue une excellente plate-forme de cathode au soufre, car il peut attirer et capturer le polysulfure produit par la batterie.Le maintien du polysulfure dans la structure de la cathode empêche la navette. Ceci est une dégradation des performances qui se produit lorsqu'ils sont dissous dans la solution d'électrolyte dans laquelle la cathode et l'anode sont séparées de la batterie.
Selon Kalra, cette conception de cathode permet non seulement à la batterie Li-S de conserver sa densité énergétique, mais également sans ajout de matériaux supplémentaires, ce qui entraîne une augmentation du poids et des coûts de production.
Pour atteindre ces deux objectifs, l’équipe a mené une étude approfondie de ce phénomène, y compris des mécanismes de réaction et de la formation de polysulfure, afin de mieux comprendre l’aide apportée par les matériaux des hôtes électrodes.
Cette étude montre qu'il existe une forte interaction acide de Lewis entre l'oxyde de titane et le soufre dans la cathode, ce qui empêche le polysulfure de pénétrer dans l'électrolyte, ce qui explique en grande partie la baisse des performances de la batterie. Dr. Arvinder Singh, chercheur postdoctoral, a déclaré.
Cela signifie que leur conception de cathode peut aider les cellules Li-S à maintenir leur densité d'énergie - et sans matériaux supplémentaires pour augmenter le poids et les coûts de production, Kalra. Les recherches antérieures de Kalras sur les électrodes en nanofibres montrent qu'elles présentent de nombreux avantages. Ils ont une surface plus grande que l’électrode actuelle, ce qui signifie qu’ils peuvent supporter une expansion pendant la charge, ce qui augmente la capacité de stockage de la batterie. En remplissant le gel électrolytique, ils éliminent les composants inflammables de l’appareil. , minimisant leur sensibilité aux fuites, incendies et explosions.
Elles sont créées par un procédé d'électrofilage qui ressemble à de la fabrication de guimauves, ce qui signifie qu'elles ont un avantage sur les électrodes à base de poudre standard, qui nécessitent une isolation et des produits chimiques adhésifs pouvant nuire aux performances pendant la production. .
Création électrospinning Processus , on dirait faire des guimauves. (Image du web) Pour produire une plate-forme cathodique autonome sans liant afin d'améliorer les performances de la batterie, Kalras Labs a développé une technologie de dépôt rapide de soufre qui ajoute du soufre à son substrat en seulement cinq secondes.
«Ce programme fait fondre le soufre dans des nattes de nanofibres dans un environnement de pression faible de 140 degrés Celsius - sans traitement fastidieux ni utilisation de produits chimiques toxiques mélangés, tout en améliorant l'efficacité de la cathode après une utilisation prolongée. Selon Kalra, l’électrode S fournit la structure appropriée, minimisant ainsi la dégradation de la capacité de stockage pendant le cycle de la batterie, ce qui est l’un des principaux obstacles à la commercialisation des batteries Li-S.
"Nos recherches montrent que la capacité effective continue de ces électrodes est quatre fois supérieure à celle des batteries lithium-ion actuelles. Notre nouvelle méthode peu coûteuse peut produire une cathode à sulfure en quelques secondes, éliminant ainsi les principaux obstacles à la fabrication."
Que ce soit un ordinateur portable, téléphone mobile ou le développement du véhicule électrique, la performance de la batterie dépend d'une amélioration constante de la poussée technologique en avant seulement permis dans le cas de la batterie, les batteries lithium-ion - il est maintenant considéré comme les meilleures batteries sur le marché - est Atteindre les limites de l'amélioration. (Image du web) Depuis 2008 Zephyr-6s avions record vol à l'énergie solaire, de nombreuses entreprises ont investi dans le développement de la batterie Li-S, veulent augmenter la durée de vie de la batterie de divers véhicules électriques, les appareils mobiles durent plus longtemps entre les charges, et même aider toute l'énergie Le réseau s’adapte à la nature intermittente de l’énergie éolienne et solaire et le travail de Kalras fournit maintenant une voie de développement pour cette technologie de batterie capable de surmonter une série d’obstacles.
L'équipe continuera à développer sa cathode Li-S dans le but d'améliorer encore la durée de vie du cycle, de réduire la formation de polysulfure et de réduire les coûts.
