Et litiumbatteri, der fungerer ved -70 grader Celsius, rekordlav

Forskere i Kina har udviklet et batteri med organiske sammensatte elektroder, der kan fungere ved -70 grader Celsius -langt koldere end den temperatur, hvor litiumionbatterier mister det meste af deres evne til at lede og lagre energi. Fundene, offentliggjort 28. februar i tidsskriftet Joule , kunne hjælpe ingeniører med at udvikle teknologi, der er egnet til at modstå de koldeste områder i det ydre rum eller de mest frigide områder på Jorden.

Mens batterier kan fungere i relativt kolde klimaer, de har deres grænser. De fleste udfører kun på 50% af deres optimale niveau, når temperaturen når -20 grader Celsius, og -40 grader Celsius, lithium-ion batterier har kun omkring 12% af deres rumtemperatur kapacitet. Dette kan være stærkt begrænsende, når det kommer til drift af batterier i rummet, hvor temperaturen kan falde til -157 grader Celsius, eller endda i dele af Canada og Rusland, hvor temperaturen kan være lavere end -50 grader Celsius.

Men et team af batteriforskere har fundet et design, der kan fungere, selvom andre batterier kan mislykkes. "Det er velkendt, at både elektrolytten (det kemiske medium, der transporterer ioner mellem elektroderne) og elektroderne (den positivt ladede katode og den negativt ladede anode) har stor indflydelse på batteriets ydeevne, "siger Dr. Yong-yao Xia, en batteriforsker ved Institut for Kemi ved Fudan University i Shanghai, Kina.

Når det bliver koldt, de esterbaserede konventionelle elektrolytter, som lithium-ion-batterier ofte bruger, bliver træg ledere, og de elektrokemiske reaktioner, der opstår ved grænsefladen mellem elektrolytten og elektroden kæmper for at fortsætte-hvilket betyder, at lithium-ion-batterier ikke holder for godt i ultra -kølige klimaer. Det er et problem, der konsekvent har irriteret forskere.

Teamet eksperimenterede med at bruge en ester (ethylacetat) -baseret elektrolyt, som har et lavt frysepunkt, der gør det muligt at udføre en opladning selv ved ekstremt lave temperaturer. For elektroderne, de brugte to organiske forbindelser - en polytriphenylamin (PTPAn) katode og 1, 4, 5, 8-naphthalenetetracarboxyldianhydrid (NTCDA) -afledt polyimid (PNTCDA) anode. I modsætning til elektroderne, der bruges i lithium-ion-batterier, disse organiske forbindelser er ikke afhængige af interkalering - processen med kontinuerlig integration af ioner i deres molekylære matrix, som sænkes, når temperaturen falder.

"Fordel ved de ethylacetatbaserede elektrolyt- og organiske polymerelektroder, det genopladelige batteri kan fungere godt ved den ultra -lave temperatur på -70 grader Celsius, "Siger Xia.

Xia og hans team mener, at dette kan være en mere elegant løsning end alternative forsøg på at øge lithium-ion-batterifunktionen ved ekstreme temperaturer. Andre batteriforskere har forsøgt at afhjælpe problemet ved at udvikle additiver til ekstern opvarmning af batterierne eller ved hjælp af en flydende gaselektrolyt, men disse løsninger kræver yderligere materialer, der tilføjer ekstra vægt.

Xia mener, at batteriets sammensætning har masser af andre produktionsvenlige kvaliteter, også. "Sammenlignet med de overgangsmetalholdige elektroder materialer i konventionelle lithium-ion batterier, organiske materialer er rigelige, billig, og miljøvenlig, "siger han. Han anslår prisen på elektrodematerialerne til omkring en tredjedel af prisen på elektroder i et lithium-ion-batteri.

Imidlertid, batteriet kræver stadig nogle justeringer, før det er klar til at forlade laboratoriet. Xia mener, at batteriets specifikke energi (energien pr. Masseenhed) stadig er lav sammenlignet med kommercialiserede lithium-ion-batterier, og samlingsprocessen skal optimeres yderligere. "Men selvom den har lav specifik energi, det giver det mest lovende potentiale i særlige feltapplikationer, "Siger Xia.