Gas cair memungkinkan baterai lithium beroperasi secara efisien pada minus 60 ° C

Terobosan besar dalam kimia elektrolit telah diterbitkan dalam edisi terbaru jurnal Science: untuk pertama kalinya, para ilmuwan AS telah menggunakan gas cair alih -alih elektrolit untuk memungkinkan baterai lithium dan superkapasitor untuk beroperasi secara efisien pada -60 ° C dan -80 ° C masing -masing. Teknologi baru ini tidak hanya meningkatkan jangkauan kendaraan listrik tunggal di bulan-bulan musim dingin yang dingin, tetapi juga kekuatan drone, satelit, dan probe antarbintang di ketinggian tinggi dan di lingkungan yang dingin.

Diakui secara luas dalam komunitas ilmiah bahwa elektrolit adalah hambatan terbesar dalam meningkatkan kinerja perangkat penyimpanan energi. Elektrolit cair telah mencapai batas penelitian dan banyak ilmuwan sekarang memusatkan perhatian mereka pada elektrolit padat. Tetapi Profesor Ying Meng, Direktur Pusat Kekuatan dan Energi Berkelanjutan dan Laboratorium Penyimpanan Energi dan Konversi di Universitas California, Divisi Yaga, telah memimpin tim untuk menyelidiki elektrolit gas dan telah membuat terobosan. Elektrolit gas ini dapat dicairkan di bawah tekanan tertentu dan jauh lebih kecil kemungkinannya untuk membeku.

Dalam penelitian baru, mereka memilih dua gas cair - fluoromethane dan difluorometana - dari sejumlah besar kandidat gas untuk membuat elektrolit untuk baterai LIFEPO4 dan superkapasitor masing -masing, memperpanjang suhu operasi minimum baterai lithium besi fosfat dari - 20 ° C. Pada -60 ° C, suhu operasi superkapasitor diperpanjang dari -40 ° C hingga -80 ° C. Selain itu, elektrolit ini tetap sangat efisien ketika suhu kamar normal dipulihkan.

Selain menetapkan catatan untuk operasi suhu rendah, elektrolit gas ini memberikan keuntungan keamanan tambahan dengan mengatasi masalah pelarian termal, yang umum pada baterai lithium. Thermal Runaway adalah siklus panas yang setan dalam baterai. Ketika baterai beroperasi, suhu naik dan serangkaian reaksi kimia dimulai. Panas yang dihasilkan oleh reaksi ini pada gilirannya menyebabkan sel menjadi lebih panas, sel mengembang dan dihancurkan. Namun, ketika elektrolit gas berada pada suhu di atas suhu kamar, ia memulai mekanisme shutdown alami untuk menghentikan sel kehilangan konduktivitasnya dan mencegahnya terlalu panas.

Penelitian terbaru juga mengatasi tantangan besar lain dari pengisian singkat dan masa pakai baterai lithium. Litium logam dianggap sebagai bahan elektroda utama karena bobotnya yang ringan dan kemampuan untuk menyimpan lebih banyak muatan, tetapi lithium bereaksi dengan elektrolit konvensional, membentuk tonjolan tepat pada permukaan elektroda yang memisahkan sel dan menyebabkan sirkuit pendek, menghasilkan terlalu sedikit muatan dan pelepasan. Elektrolit baru tidak membentuk tonjolan, sangat memperpanjang masa pakai baterai bebas perawatan.

Para peneliti mengatakan mereka selanjutnya akan mencapai tujuan mengoperasikan baterai lithium pada suhu yang lebih rendah (-100 ° C) dan menyediakan teknologi pasokan energi baru untuk eksplorasi Mars dan bahkan peralatan eksplorasi ruang angkasa yang dalam seperti Jupiter dan Saturnus.