Alla fine di luglio del 2008, un aereo a energia solare britannico che vola ad alta quota per tre giorni di fila, la creazione di un record di durata di volo non ufficiale. Forse pochi sanno che un litio-zolfo (Li-S) della batteria come parte dei più grandi progressi tecnologici sua uno, fornisce energia per l'aereo durante la notte, anche se la sua efficacia è stata la parte superiore della batteria non può corrispondere.
aereo solare Zephyr S (immagine dalla rete) Dieci anni dopo, sembra che il mondo è ancora in attesa per la commercializzazione di batterie Li-S al più presto. La rivoluzionaria ricercatori Drexel University basta eliminare un enorme ostacolo per la sua sopravvivenza.
Le aziende tecnologiche hanno appreso il fatto che lo sviluppo di computer portatili, telefoni cellulari e veicoli elettrici dipende da un costante miglioramento delle prestazioni della batteria: la tecnologia può essere spinta in avanti solo se la batteria lo consente.Le batterie agli ioni di litio sono attualmente considerate È la migliore batteria sul mercato - sta raggiungendo il limite di miglioramento.
Poiché le prestazioni della batteria si avvicinano alla stabilità, alcune aziende stanno cercando di ridurre le dimensioni dei componenti interni che non contribuiscono allo stoccaggio dell'energia mediante spremitura, al fine di collegare l'ultimo volt al dispositivo di archiviazione, che può avere alcuni sfortunati effetti collaterali. Ad esempio, una serie di incidenti esplosivi si sono verificati nei telefoni cellulari Samsung nel 2016.
Cellulare Samsung dopo l'esplosione della batteria (immagine dalla rete) Ricercatori e aziende tecnologiche stanno studiando come le batterie al litio-zolfo (Li-S) alla fine sostituiranno le batterie agli ioni di litio, perché questa nuova reazione chimica teoricamente mette più energia in una singola batteria - una misura Questa è chiamata la densità di energia nello sviluppo della batteria Questo miglioramento porta circa 5-10 volte la capacità di una batteria agli ioni di litio, che equivale a un tempo di funzionamento della batteria più lungo tra questa carica e la carica successiva.
Il problema è che la batteria Li-S non può continuare a mantenere la sua capacità superiore dopo che sono state completate le prime cariche. Si scopre che lo zolfo, come componente chiave nell'aumentare la densità di energia, sarà sotto forma di un intermedio di "polisolfuro" dall'elettrodo. Migrazione, con conseguente perdita di questo componente chiave e degrado delle prestazioni durante la ricarica.
Gli scienziati hanno cercato di stabilizzare queste reazioni di polisolfuro all'interno delle batterie Li-S per anni, ma la maggior parte dei tentativi ha altre complicazioni, come l'aggiunta di peso alle batterie, la richiesta di materiali costosi o l'aggiunta di diverse fasi di elaborazione complicate. Ma ora è nato un nuovo metodo: uno studio della Drexels School of Engineering sull'ultimo numero del Journal of Applied Chemistry and Interfaces della American Chemical Society è intitolato "Nanofibre di biossido di titanio (TiO) come Li Rapporto sui fissativi di polisolfuro in batterie -S: Evidenza delle interazioni acido-base di Lewis, suggerendo che può tenere polisolfuri in posizione, mantenendo l'impressionante resistenza di tali cellule riducendo il peso complessivo e producendoli Tempo richiesto
Abbiamo creato Stuoia nanofibra per ossido di titanio poroso indipendente Come il materiale catodico nelle batterie al litio-zolfo, ha detto il dottor Vibha Kalra, è un assistente professore presso la School of Engineering, l'autore principale della ricerca. "Questo è uno sviluppo importante perché abbiamo trovato il nostro catodo titanio-zolfo avere un'alta conduttività. , in grado di combinare il polisolfuro attraverso forti interazioni chimiche, il che significa che può migliorare la capacità specifica della batteria mantenendo le sue prestazioni impressionanti.Possiamo anche dimostrare che questo può eliminare completamente il legante e impostare sul lato del catodo. Apparecchiature elettriche, che rappresentano il 30-50% del peso dell'elettrodo - il nostro metodo impiega solo pochi secondi per formare un catodo di zolfo: lo standard attuale può richiedere fino a mezza giornata ".
I loro risultati mostrano che il tappetino di nanofibre simile nido a livello micro, è un eccellente catodo piattaforma zolfo, in quanto si può ottenere il prodotto batteria cattura e polisolfuri. Conservando il polisolfuro nella struttura catodo impedisce la navetta questo fenomeno è degradazione quando sono disciolti in una cella catodo e anodo separato dalla soluzione elettrolitica verifica.
Kalra Secondo i rapporti, questo disegno può non solo aiuto catodo della batteria Li-S tenendo densità di energia, ma anche per raggiungere questo obiettivo senza aumentare il peso del materiale e causare costi aggiuntivi di produzione.
Per raggiungere questi duplici obiettivi, il team ha condotto uno studio approfondito di questo, compresi i meccanismi di reazione e la formazione di polisolfuro per capire meglio come i materiali di accoglienza degli elettrodi li aiutano.
Questo studio mostra che esiste una forte interazione acido-base di Lewis tra ossido di titanio e zolfo nel catodo, che impedisce al polisolfuro di entrare nell'elettrolita, che è la ragione principale del declino delle prestazioni della batteria. Il dottor Arvinder Singh, un ricercatore post-dottorato, ha detto.
Ciò significa che il loro design a catodo può aiutare le cellule Li-S a mantenere la loro densità di energia - e senza materiali aggiuntivi per aumentare il peso e i costi di produzione, Kalra. La precedente ricerca su elettrodi nanofibre mostra che hanno molti vantaggi Batterie a sovracorrente, hanno una superficie più ampia rispetto all'elettrodo di corrente, il che significa che possono ospitare l'espansione durante la carica, aumentando la capacità di memorizzazione della batteria.Quando riempie il gel elettrolitico, eliminano i componenti infiammabili nel dispositivo. , riducendo al minimo la loro sensibilità a perdite, incendi ed esplosioni.
Sono creati da un processo di elettrofilatura che sembra produrre marshmallows, il che significa che hanno un vantaggio rispetto agli elettrodi standard a base di polvere, che richiedono prodotti chimici isolanti e adesivi che possono degradare le prestazioni durante la produzione. .
Creazione elettrofilatura processo , sembra fare marshmallows. (Immagine dal web) Per produrre una piattaforma catodica indipendente e priva di leganti per migliorare le prestazioni della batteria, Kalras Labs ha sviluppato una tecnologia di deposizione rapida dello zolfo che aggiunge zolfo al suo substrato in soli cinque secondi.
"Questo programma scioglie lo zolfo in materassini in nanofibra in un ambiente a bassa pressione di 140 gradi Celsius - senza spreco di tempo nella lavorazione o utilizzando sostanze chimiche tossiche miste, migliorando l'efficacia del catodo dopo un uso prolungato. L'elettrodo S fornisce la struttura corretta, "ha affermato Kalra," riducendo al minimo il degrado della capacità durante il ciclo della batteria, che è uno dei principali ostacoli alla commercializzazione delle batterie Li-S. "
"La nostra ricerca dimostra che la capacità effettiva continua di questi elettrodi è quattro volte quella delle attuali batterie agli ioni di litio: il nostro nuovo metodo a basso costo può produrre un catodo a solfuro in pochi secondi, eliminando i principali ostacoli di fabbricazione".
Che si tratti di un computer portatile, telefono cellulare o lo sviluppo dei veicoli elettrici, le prestazioni della batteria dipende da un costante miglioramento della tecnologia spinta in avanti consentita solo nel caso di batteria, batterie agli ioni di litio - è oggi considerato il miglior batterie sul mercato - è Raggiungi i limiti del miglioramento. (Immagine dal web)
Dal 2008 Zephyr-6s record di volo aereo ad energia solare, molte aziende hanno investito nello sviluppo di batterie Li-S, vogliono aumentare la durata della batteria di diversi veicoli elettrici, dispositivi mobili durano più a lungo tra gli oneri, e anche aiutare tutta l'energia La rete si adatta alla natura intermittente del vento e dell'energia solare.Il lavoro di Kalras fornisce ora un percorso di sviluppo per questa tecnologia della batteria in grado di superare una serie di ostacoli.
Il team continuerà a sviluppare il catodo Li-S con l'obiettivo di migliorare ulteriormente la durata del ciclo, riducendo la formazione di polisolfuro e riducendo i costi.
