No final de julho de 2008, um avião solar britânico voou por três dias em alta altitude, criando um registro de resistência de vôo não oficial.Talvez pouco seja conhecido, baterias de lítio-enxofre (Li-S) se tornaram o maior avanço tecnológico em seus componentes. Um deles, alimenta a aeronave durante a noite, e sua eficiência é incomparável mesmo no topo da bateria.
Aeronave solar Zephyr S (foto da rede) Dez anos depois, o mundo parece estar esperando pela comercialização de baterias Li-S. O avanço dos pesquisadores da Universidade Drexel acaba de eliminar os enormes obstáculos que impedem sua sobrevivência.
As empresas de tecnologia aprenderam o fato de que o desenvolvimento de laptops, telefones celulares e veículos elétricos depende de uma melhoria constante no desempenho da bateria.A tecnologia só pode ser avançada se a bateria permitir. É a melhor bateria do mercado - está atingindo o limite de melhoria.
Como o desempenho da bateria se aproxima da estabilidade, algumas empresas estão tentando reduzir o tamanho dos componentes internos que não contribuem para o armazenamento de energia, apertando, para conectar o último volt ao dispositivo de armazenamento.Essas mudanças estruturais podem ter alguns efeitos colaterais infelizes. Por exemplo, uma série de acidentes de explosão ocorreu em telefones celulares da Samsung em 2016.
Telefone celular Samsung após a explosão da bateria (imagem da rede) As empresas de tecnologia e pesquisadores estão estudando como lítio-enxofre (Li-S) células, eventualmente, substituir a bateria de lítio-íon, como a nova teoria reação química, mais energia pode ser carregada em uma única célula - esta medida referido no desenvolvimento de densidade de energia da bateria. esta capacidade melhorada trazido cerca de 5-10 vezes uma bateria de iões de lítio, o tempo de funcionamento da bateria corresponde à carga entre a carregado sob mais.
O problema é que, após a conclusão da primeira vários carga, células de Li-S já não pode manter a sua superior capacidade provada, enxofre como um componente chave para aumentar a densidade de energia, o eléctrodo vai ser na forma de polissulfureto' apos intermediários migração, resultando em perda de desempenho deste componente crítico e um processo de recarga diminui.
Os cientistas têm tentado estabilizar essas reações de polissulfeto dentro de baterias Li-S por anos, mas a maioria das tentativas tem outras complicações, como adicionar peso às baterias, exigir materiais caros ou adicionar várias etapas de processamento complicadas. Mas agora um novo método nasceu: um estudo da Drexels School of Engineering na última edição do Journal of Applied Chemistry and Interfaces da American Chemical Society intitula-se 'Nanofibras de Dióxido de Titânio (TiO) como Li Relatório sobre fixadores de polissulfeto em baterias -S: Evidência de interações ácido-base de Lewis, sugerindo que ele pode conter polissulfetos no local, mantendo a resistência impressionante de tais células, reduzindo o peso total e produzindo-os Tempo necessário.
Nós criamos Esteira de nanofibra de óxido de titânio porosa autônoma Como o material catódico em baterias de lítio-enxofre, o Dr. Vibha Kalra disse que ele é um professor assistente na Escola de Engenharia, o principal autor da pesquisa. ”Este é um grande desenvolvimento porque descobrimos que nosso catodo de enxofre e titânio tem alta condutividade. , capaz de combinar polissulfeto através de fortes interações químicas, o que significa que pode aumentar a capacidade específica da bateria, mantendo seu desempenho impressionante.Também podemos provar que isso pode eliminar completamente o ligante e definir no lado do cátodo. Aparelhos elétricos, que respondem por 30-50% do peso do eletrodo - nosso método leva apenas alguns segundos para formar um cátodo de enxofre. O padrão atual pode levar até meio dia.
Seus resultados mostram que o tapete de nanofibra é similar ao ninho no nível microscópico e é uma excelente plataforma de cátodo de enxofre porque pode atrair e capturar o polissulfeto produzido pela bateria, mantendo o polissulfeto na estrutura do cátodo que impede o transporte. Essa é uma degradação de desempenho que ocorre quando eles são dissolvidos na solução eletrolítica na qual o cátodo e o ânodo estão separados da bateria.
De acordo com Kalra, esse projeto de catodo não apenas ajuda a bateria Li-S a manter sua densidade de energia, mas também alcança isso sem acrescentar materiais adicionais que levam ao aumento de peso e custos de produção.
Para atingir esses objetivos duplos, a equipe realizou um estudo aprofundado sobre isso, incluindo mecanismos de reação e formação de polissulfeto para entender melhor como os materiais do eletrodo hospedeiro os ajudam.
Este estudo mostra que há uma forte interação ácido-base de Lewis entre o óxido de titânio e o enxofre no cátodo, o que impede que o polissulfeto entre no eletrólito, que é a principal razão para o declínio no desempenho da bateria.Um dos autores, Kalras Lab O Dr. Arvinder Singh, pesquisador de pós-doutorado, disse.
Este design cátodo significa que eles podem ajudar a manter Li-S densidade de energia da bateria - e ser realizada sem aumentar o peso dos materiais e custos de produção adicionais do caso, Kalra.Kalras estudos anteriores eléctrodo nanofibras tendo várias vantagens que eles são conjunto de bateria de sobrecorrente. eles têm uma maior área de superfície do que os eléctrodos de corrente, o que significa que eles podem ser adaptados para expandir durante o carregamento, o que pode aumentar a capacidade de armazenamento de uma bateria, preenchendo um gel de electrólito, que pode ser eliminado em componentes inflamáveis aparelhos , minimizando sua sensibilidade a vazamentos, incêndios e explosões.
Eles são criados por um processo de eletrofiação que parece fazer marshmallows, o que significa que eles têm uma vantagem sobre os eletrodos baseados em pó padrão, que exigem isolamento e produtos químicos adesivos que podem degradar o desempenho durante a produção. .
Criação de Electrospinning Processo , parece fazer marshmallows. (Imagem da web) Para produzir uma plataforma catódica autônoma e sem ligante para melhorar o desempenho da bateria, a Kalras Labs desenvolveu uma tecnologia de deposição rápida de enxofre que adiciona enxofre ao seu substrato em apenas cinco segundos.
"Este programa derrete o enxofre em esteiras de nanofibras em um ambiente de pressão leve de 140 graus Celsius - sem processamento demorado ou usando produtos químicos tóxicos mistos, enquanto melhora a eficácia do catodo após o uso prolongado. Nosso O eletrodo S fornece a estrutura correta, 'Kalra disse,' minimizando a degradação da capacidade durante o ciclo da bateria, que é um dos principais obstáculos para a comercialização de baterias Li-S '.
"Nossa pesquisa mostra que a capacidade efetiva contínua desses eletrodos é quatro vezes maior que a das atuais baterias de íons de lítio. Nosso novo método de baixo custo pode produzir um cátodo de sulfeto em segundos, o que elimina os principais obstáculos de fabricação".
Quer se trate de um laptop, telefone celular ou de desenvolvimento do veículo elétrico, o desempenho da bateria depende de uma melhoria constante da oferta de tecnologia para a frente só é permitido no caso da bateria, as baterias de lítio-íon - que é agora considerado as melhores baterias no mercado - é atingir limite reforçada. (Imagem da web)
Desde 2008 Zephyr-6 registro de voo da aeronave movida a energia solar, muitas empresas têm investido no desenvolvimento de Li-S da bateria, quer para aumentar a vida útil da bateria de vários veículos elétricos, dispositivos móveis durar mais tempo entre cargas, e até mesmo ajudar toda a energia rede para acomodar o vento intermitente e energia solar. Kalras trabalho pode agora fornecer uma maneira de quebrar uma série de obstáculos para o desenvolvimento desta tecnologia de bateria.
A equipe continuará a desenvolver seu cátodo Li-S com o objetivo de melhorar ainda mais a vida útil do ciclo, reduzindo a formação de polissulfeto e reduzindo os custos.
