D'fhorbair innealtóirí deighilteoir a chobhsaíonn leictrilítí gásacha chun cadhnraí teocht ultra-íseal a dhéanamh níos sábháilte

De réir tuairiscí sna meáin choigríche, tá nana-innealtóirí ag Ollscoil California San Diego tar éis deighilteoir ceallraí a fhorbairt a fhéadfaidh gníomhú mar bhac idir an chatóid agus anóid chun an leictrilít gásach sa cheallraí a chosc ó ghalú. Cuireann an scairt nua cosc ​​ar bhrú inmheánach na stoirme ó charnadh, rud a chuireann cosc ​​ar an gceallraí ó at agus pléascadh.

Dúirt an ceannaire taighde, Zheng Chen, ollamh nana-innealtóireacht ag Scoil Innealtóireachta Jacobs in Ollscoil California, San Diego: "Trí móilíní gáis a ghabháil, is féidir leis an membrane feidhmiú mar chobhsaitheoir le haghaidh leictrilítí so-ghalaithe."

Is féidir leis an deighilteoir nua feidhmíocht ceallraí a fheabhsú ag teochtaí ultra-íseal. Is féidir leis an gcill ceallraí a úsáideann an scairt oibriú ag lúide 40 ° C, agus is féidir leis an acmhainn a bheith chomh hard le 500 milliampere uair an chloig in aghaidh gach graim, agus tá cumhacht beagnach nialas ag an gceallraí scairt tráchtála sa chás seo. Deir taighdeoirí, fiú má fhágtar é gan úsáid ar feadh dhá mhí, tá an cumas cille ceallraí fós ard. Léiríonn an fheidhmíocht seo gur féidir leis an scairt an saol stórála a leathnú freisin. Ligeann an fhionnachtain seo do thaighdeoirí a sprioc a bhaint amach tuilleadh: cadhnraí a tháirgeadh a fhéadfaidh leictreachas a sholáthar d'fheithiclí i dtimpeallachtaí oighreata, mar spásárthaí, satailítí, agus longa domhainfharraige.

Tá an taighde seo bunaithe ar staidéar i saotharlann de chuid Ying Shirley Meng, ollamh nana-innealtóireacht in Ollscoil California, San Diego. Úsáideann an taighde seo leictrilít gháis leachtaithe ar leith chun ceallra a fhorbairt a fhéadfaidh feidhmíocht mhaith a choinneáil i dtimpeallacht lúide 60 ° C den chéad uair. Ina measc, is gás é an leictrilít gáis leachtaithe trí bhrú a chur i bhfeidhm agus tá sé níos resistant do theocht íseal ná leictrilítí leachtacha traidisiúnta.

Ach tá locht ag an gcineál seo leictrilít; tá sé éasca a athrú ó leacht go gás. Dúirt Chen: "Is é an fhadhb seo an cheist sábháilteachta is mó don electrolyte seo." Is gá an brú a mhéadú chun na móilíní leachtacha a chomhdhlúthú agus an leictrilít a choinneáil i stát leachtach chun an leictrilít a úsáid.

Chomhoibrigh saotharlann Chen le Meng agus Tod Pascal, ollamh nana-innealtóireacht in Ollscoil California, San Diego, chun an fhadhb seo a réiteach. Trí shaineolas na saineolaithe ríomhaireachta ar nós Pascal a chomhcheangal le taighdeoirí ar nós Chen agus Meng, forbraíodh modh chun an leictrilít vaporized a leachtú gan an iomarca brú a chur i bhfeidhm go tapa. Tá an pearsanra atá luaite thuas cleamhnaithe leis an Ionad Taighde Ábhar Eolaíochta agus Innealtóireachta (MRSEC) de chuid Ollscoil California, San Diego.

Faigheann an modh seo iasachtaí ó fheiniméan fisiceach ina comhdhlúthaíonn móilíní gáis go spontáineach nuair a bhíonn siad gafa i spásanna beaga nana-scála. Tugtar comhdhlúthú ribeach ar an bhfeiniméan seo, rud a d'fhéadfadh an gás a dhéanamh leachtach ag brú níos ísle. Bhain an fhoireann taighde úsáid as an bhfeiniméan seo chun deighilteoir ceallraí a thógáil a fhéadfaidh an leictrilít a chobhsú i gcadhnraí teocht ultra-íseal, leictrilít gáis leachtaithe déanta as gás fluoromeatán. D'úsáid na taighdeoirí ábhar criostalach scagach ar a dtugtar creat miotail-orgánach (MOF) chun an scannán a chruthú. Is é an rud uathúil faoi MOF ná go bhfuil sé lán de phiocháin bídeacha, ar féidir leo móilíní gáis fluairmeatán a ghabháil agus iad a chomhdhlúthú ag brú measartha íseal. Mar shampla, crapadh fluoromeatán de ghnáth ag lúide 30°C agus tá fórsa 118 psi aige; ach má úsáidtear MOF, níl an brú comhdhlúthaithe scagach ag an teocht chéanna ach 11 psi.

Dúirt Chen: "Laghdaíonn an MOF seo go mór an brú a theastaíonn chun an electrolyte a bheith ag obair. Dá bhrí sin, is féidir lenár gceallraí cumas mór a sholáthar ag teocht íseal gan díghrádú." Thástáil na taighdeoirí deighilteoir MOF-bhunaithe i gceallraí litiam-ian. . Tá an ceallraí litiam-ian comhdhéanta de chatóid fluaracarbóin agus anóid miotail litiam. Féadann sé é a líonadh le leictrilít gásach fluoromeatán ag brú inmheánach 70 psi, i bhfad níos ísle ná an brú a theastaíonn chun fluoromeatán leachtaithe. Is féidir leis an gceallraí fós 57% dá toilleadh teocht an tseomra a choinneáil ag lúide 40 °C. I gcodarsnacht leis sin, ag an teocht agus an brú céanna, tá cumhacht ceallraí scairt tráchtála ag baint úsáide as leictrilít gásach ina bhfuil fluoromethane beagnach nialas.

Is iad na micropores atá bunaithe ar an deighilteoir MOF an eochair mar is féidir leis na micropores seo níos mó electrolytes a choinneáil ag sileadh sa cheallraí fiú faoi bhrú laghdaithe. Tá phiocháin mhóra ag an scairt tráchtála agus ní féidir leis móilíní gásacha leictrilít a choinneáil faoi bhrú laghdaithe. Ach ní microporosity an t-aon chúis go n-oibríonn an scairt go maith faoi na coinníollacha seo. Ligeann an scairt atá deartha ag na taighdeoirí freisin do na pores cosán leanúnach a dhéanamh ó cheann amháin go ceann eile, rud a chinntíonn gur féidir le hiain litiam sreabhadh go saor tríd an scairt. Sa tástáil, tá seoltacht ianach na ceallraí ag baint úsáide as an scairt nua ag lúide 40 ° C deich n-uaire níos mó ná an ceallraí a úsáideann an scairt tráchtála.

Tá foireann Chen ag tástáil deighilteoirí MOF-bhunaithe ar leictrilítí eile faoi láthair. Dúirt Chen: "Tá éifeachtaí comhchosúla feicthe againn. Trí úsáid a bhaint as an MOF seo mar chobhsaitheoir, is féidir móilíní éagsúla leictrilít a adsorbú chun sábháilteacht ceallraí a fheabhsú, lena n-áirítear cadhnraí litiam traidisiúnta le electrolytes so-ghalaithe."