Khí hóa lỏng cho phép pin lithium hoạt động hiệu quả ở âm 60 ° C

Một bước đột phá lớn trong hóa học điện giải đã được công bố trong số mới nhất của tạp chí Khoa học: lần đầu tiên, các nhà khoa học Hoa Kỳ đã sử dụng khí hóa lỏng thay vì điện giải để cho phép pin lithium và siêu tụ điện hoạt động hiệu quả ở -60 ° C và -80 ° C tương ứng. Công nghệ mới này không chỉ làm tăng phạm vi xe điện đơn trong những tháng mùa đông lạnh, mà còn cung cấp năng lượng cho máy bay không người lái, vệ tinh và đầu dò giữa các vì sao ở độ cao và trong môi trường lạnh.

Nó được công nhận rộng rãi trong cộng đồng khoa học rằng các chất điện phân là nút cổ chai lớn nhất trong việc cải thiện hiệu suất của các thiết bị lưu trữ năng lượng. Các chất điện giải lỏng đã đạt đến giới hạn của nghiên cứu và nhiều nhà khoa học hiện đang tập trung sự chú ý của họ vào các chất điện phân rắn. Nhưng giáo sư Ying Meng, giám đốc Trung tâm Sức mạnh và Năng lượng bền vững và Phòng thí nghiệm lưu trữ và chuyển đổi năng lượng tại Đại học California, Bộ phận Yaga, đã khiến một nhóm điều tra các chất điện phân khí và đã tạo ra một bước đột phá. Những chất điện giải khí này có thể được hóa lỏng dưới áp lực nhất định và ít có khả năng đóng băng.

Trong nghiên cứu mới, họ đã chọn hai loại khí hóa lỏng - fluoromethane và Difluoromethane - từ một số lượng lớn các ứng cử viên khí để tạo ra chất điện giải cho pin LifePO4 và siêu tụ điện tương ứng, kéo dài nhiệt độ hoạt động tối thiểu của pin photphat sắt lithium từ - 20 ° C. Ở -60 ° C, nhiệt độ hoạt động của siêu tụ điện được kéo dài từ -40 ° C đến -80 ° C. Ngoài ra, các chất điện giải này vẫn hiệu quả cao khi nhiệt độ phòng bình thường được phục hồi.

Ngoài việc thiết lập một bản ghi cho hoạt động nhiệt độ thấp, các chất điện giải khí này cung cấp một lợi thế an toàn bổ sung bằng cách khắc phục vấn đề chạy trốn nhiệt, phổ biến trong pin lithium. Nhiệt Runaway là một vòng luẩn quẩn của nhiệt trong pin. Khi pin hoạt động, nhiệt độ tăng và một loạt các phản ứng hóa học được bắt đầu. Nhiệt được tạo ra bởi các phản ứng này lần lượt khiến tế bào trở nên nóng hơn, tế bào mở rộng và bị phá hủy. Tuy nhiên, khi chất điện phân khí ở nhiệt độ trên nhiệt độ phòng, nó bắt đầu một cơ chế tắt máy tự nhiên để ngăn chặn tế bào mất độ dẫn của nó và ngăn không cho nó quá nóng.

Nghiên cứu mới nhất cũng khắc phục một thách thức lớn khác về thời gian ngắn và tuổi thọ của pin lithium. Kim loại lithium được coi là vật liệu điện cực cuối cùng do trọng lượng nhẹ và khả năng lưu trữ nhiều điện tích hơn, nhưng lithium phản ứng với các chất điện phân thông thường, tạo thành các phần nhô ra trên bề mặt điện cực tách các tế bào và gây ra các mạch ngắn, dẫn đến quá ít điện tích và thải. Các chất điện phân mới không hình thành phần nhô ra, kéo dài đáng kể thời lượng pin miễn phí bảo trì.

Các nhà nghiên cứu cho biết họ sẽ đạt được mục tiêu vận hành pin lithium ở nhiệt độ thấp hơn (-100 ° C) và cung cấp công nghệ cung cấp năng lượng mới cho việc thăm dò sao Hỏa và thậm chí các thiết bị thăm dò không gian sâu như Sao Mộc và Sao Thổ.