კალიფორნიის უნივერსიტეტი ქმნის ახალ ბატარეის დიაფრაგმას, რათა თავიდან აიცილოს ბატარეის გადახურების აფეთქებები ნახშირბადის ნანომილის ბადეების გამოყენებით

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - អ្នកផ្គត់ផ្គង់ស្ថានីយ៍ថាមពលចល័ត

კალიფორნიის უნივერსიტეტის სან-დიეგოს ნანო-ინჟინერმა შეიმუშავა უსაფრთხო ფუნქცია, რომელიც ხელს უშლის ლითიუმის ლითონის ბატარეების სწრაფ დათბობას და სროლას მოკლედ შერთვის დროს. ლიუ პინგმა, ნანოინჟინერიის პროფესორმა კალიფორნიიდან, სან დიეგოდან, გამოაქვეყნა ნაშრომი ჟურნალში "Advanced Materials", რომელიც გამოქვეყნდა ჟურნალ "Advanced Materials"-ში და დეტალურად გააცნო მათი ნამუშევარი. ლითიუმის ლითონის ბატარეებს აქვთ მუშაობის დიდი პოტენციალი, მაგრამ მისი წარუმატებლობა ადვილია მიმდინარე ფორმით.

ეს გამოწვეულია ნემსის სტრუქტურის ზრდის გამო, რომელსაც ეწოდება დენდრიტული კრისტალი, დენდრიმატურა წარმოიქმნება ანოდზე ბატარეის დამუხტვის შემდეგ, და გამყოფი შეიძლება იყოს გახვრეტილი, და გამყოფი იქმნება ანოდსა და კათოდს შორის. ბარიერი, ენერგიისა და სითბოს ნაკადის შენელება. როდესაც ეს დაბრკოლება განადგურებულია და ელექტრონები უფრო თავისუფლად მოძრაობენ, ისინი უფრო მეტ კალორიას გამოიმუშავებენ და ყველაფერი უკონტროლო იქნება, რაც გამოიწვევს ბატარეის გადახურებას, გაფუჭებას, ხანძარს, აფეთქებას.

მეცნიერები ცდილობენ ამ პრობლემების გადაჭრას ლითიუმის ლითონის ბატარეებში სხვადასხვა გზით, სადაც ულტრაბგერითი ან სპეციალური დამცავი ფენები იყენებენ ულტრაბგერას ან სპეციალურ დამცავ ფენებს მხოლოდ რამდენიმე შესაძლებლობის გარეშე. გუნდმა გაასუფთავა ბატარეის ნაწილი, რომელსაც ეწოდება დიაფრაგმა. დიაფრაგმა არის ბარიერი დადებით ელექტროდსა და უარყოფით ელექტროდს შორის, ასე რომ, როდესაც ბატარეა მოკლეა, ბატარეაში დაგროვილი ენერგია (ანუ სითბო) მიედინება ნელა.

დისერტაციის პირველი ავტორი გაოგნებულია: ”ჩვენ არ ვცდილობთ თავიდან ავიცილოთ ბატარეის უკმარისობა. ჩვენ უბრალოდ ვაქცევთ ბატარეას უფრო დაცულს, ასე რომ, როდესაც ის არ მუშაობს, ბატარეა არ დაიწვება ან აფეთქება. ლითიუმის ლითონის ბატარეები განმეორებითი დატენვის შემდეგ ანოდი გამოჩნდება ანოდში.

დროთა განმავლობაში, დენდრიტული ზრდა საკმარისად გრძელია, აღწევს დიაფრაგმაში, ამაღლებს ხიდს ანოდსა და კათოდს შორის, რაც იწვევს შიდა მოკლე ჩართვას. როდესაც ეს მოხდება, ელექტრონების ნაკადი ორ ელექტროდს შორის კონტროლს კარგავს, რაც იწვევს ბატარეის გადახურებას და მუშაობის შეწყვეტას. კალიფორნიის უნივერსიტეტის კვლევითი ჯგუფი სან დიეგოში ძირითადად შემსუბუქებულია.

ერთი მხარე ფარავს თხელ ფენას, ნაწილობრივ ელექტროგამტარ ნახშირბადის ნანომილის ქსელს, რომელსაც შეუძლია გადაჭრას დენდრიტების ნებისმიერი წარმონაქმნი. როდესაც დენდრიტული პასტა დიაფრაგმას ურტყამს ნახშირბადის ნანომილის ქსელს, ელექტრონს აქვს არხი, რომელიც ნელ-ნელა განმუხტავს და არა პირდაპირ კათოდში. გონსალესი შეადარებს ბატარეის ახალ გამყოფს კაშხლის სადრენაჟო გზას.

მან თქვა: ”როდესაც კაშხალი დაიწყებს ბუფერირებას, თქვენ გახსნით დაღვრას, ნება მიეცით ცოტა წყალი გამოვიდეს კონტროლირებადი გზით. ამგვარად, როდესაც კაშხალი ნამდვილად წყლიანია, არ არის ბევრი წყალი, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს წყალდიდობა. ეს არის ჩვენი გამყოფის იდეა, რომელიც მნიშვნელოვნად ამცირებს დატენვის სიჩქარეს, რაც ხელს უშლის ელექტრონულ "დატბორვას" კათოდში.

გამყოფის გამტარი ფენის მიერ დენდრიტის ჩაკვეთისას, ბატარეა დაიწყებს განმუხტვას, ასე რომ, როდესაც ბატარეა მოკლეა, არ არის საკმარისი ენერგია, რომ იყოს საშიში. „ბატარეის სხვა კვლევითი სამუშაოები კონცენტრირებულია დენდრიტების შეღწევის დაბლოკვაზე საკმარისად ძლიერი მასალის მქონე. მაგრამ გონსალესმა თქვა, რომ ამ მიდგომის პრობლემა ის არის, რომ ეს მხოლოდ გარდაუვალი შედეგია.

ამ გამყოფებს ჯერ კიდევ კარგად სჭირდებათ, რაც იონებს საშუალებას აძლევს გაიარონ ისე, რომ ბატარეამ იმუშაოს. ამიტომ, როდესაც ხე საბოლოოდ გაივლის, მოკლე ჩართვა გაუარესდება. ტესტში, ახალ გამყოფში დაყენებული ლითიუმის ლითონის ბატარეა ავლენს ეტაპობრივად გაფუჭების ნიშნებს 20-დან 30 ციკლამდე.

ამავდროულად, ბატარეა და ნორმალური (და ოდნავ სქელი) გამყოფი განიცდიან მოულოდნელ ხარვეზებს ერთ ციკლში. „რეალური შემთხვევის შემთხვევაში, თქვენ არ გექნებათ წინასწარი გაფრთხილება ბატარეის გაფუჭების შესახებ. წინა წამი შეიძლება იყოს კარგი, შემდეგ წამს გაუჩნდება ცეცხლი ან მთლიანად მოკლე ჩართვა.

ეს არაპროგნოზირებადია“, - განაცხადა გონსალესმა. „მაგრამ ჩვენი სეპარატორით წინასწარ გაგაფრთხილებენ, უარესდება, უარესდება, უარესდება, სულ უფრო და უფრო მატულობს. „მიუხედავად იმისა, რომ ამ კვლევის ფოკუსი არის ლითიუმის ლითონის ბატარეები, მკვლევარები ამბობენ, რომ ეს გამყოფი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ლითიუმის იონებისა და ბატარეის სხვა ქიმიურ რეაქციებში.

კვლევითი ჯგუფი მოწოდებული იქნება გამყოფის კომერციული გამოყენების ოპტიმიზაციაზე. კალიფორნიის უნივერსიტეტმა სან დიეგომ შეიტანა განაცხადი კვლევისთვის დროებით პატენტზე.