Xitoy olimlari batareyalar sohasida muhim yutuqni e'lon qildilar va to'liq zaryadlanishga atigi to'rtta daqiqa vaqtda erishadigan metall natriy batareyasini ishlab chiqdilar. Ushbu yangi tizim minglab soatlik sinovlardan o'tkazilganda mustahkam barqarorlikni namoyish etdi. Topilmalar ushbu yil may oyida ilmiy nashr Nano-Micro Lettersda rasman e'lon qilindi.
>Bu innovatsiyaning asosiy maqsadi ushbu turdagi batareyalarning asosiy to'siqlaridan biri bo'lgan dendritlar hosil bo'lishining oldini olishdir. Bular qisqa tutashuvlarga sabab bo'lishi va natijada hujayralarining chidamliligini keskin pasaytirishi mumkin bo'lgan mikrostruktururalardir. Bu masalani yumshatish uchun tadqiqot guruhining yarim qattiq jel elektrolit yaratilgan.
Agar erishilgan natijalar sanoat miqyosida takrorlanib bo'lsa, bu texnologiya litiy ionli batareyalarga nisbatan mavjud variantlarni kengaytirish potentsiyeliga ega, ayniqsa elektr transport vositalari sektorida. Bu natriyning potensial ravishda arzonroqligi va zaryadlash vaqtining sezilarli darajada qisqarishi bilan bog'liq.
Metall natriy batareyalari joriy texnologiyalarga juda umidli muqobil sifatida qaraladi, chunki ular litiyga nisbatan yanada arzonroq va kirish huquqi bo'lgan materialdan foydalanadi. Bundan tashqari, mutaxassislar ushbu batareya modelining an'anaviy litiy ionli tizimlarga qaraganda yong'in xavfi pastligini ko'rsatishini ta'kidlaydilar.
Tarixan, bu batareyalarning tijoratdagi taraqqiyoti katta to'siqqa duch kelgan: zaryadlash sikllari davomida natriy atomlari anod metall ustiga joylashib, shunday deb ataladigan dendritlarni hosil qilish tendensiyasiga ega. Vaqt o'tishi bilan bu tuzilmalar elektrodlar orasida aloqa hosil qilib, qisqa tutashuv va batareyaning ishdan chiqishiga olib keladi.
Bu qiyinchilikka qarshi kurashish uchun tadqiqotchilar Sn-FB QSE deb nomlangan deyarli qattiq elektrolit yaratdilar. Tadqiqotga ko'ra, bu material ichki yanada chidamli arxitekturani yaratadi, batareya foydalanishi paytida tabiiy ravishda hosil bo'ladigan himoya qatlami bo'ynidagi çatlaklarni minimallashtiradi va dendritlar paydo bo'lishini qiyinlashtiradi.
Laboratoriyada o'tkazilgan sinovlar batareyaning bunday tuzilmalardan kelib chiqqan qisqa tutashuvlarsiz oltmish ming soatdan ortiq zaryadlash va quvvat berish sikllari davomida ishlaganini ko'rsatdi. Boshqa bir sinovda qurilma to'liq to'rtta daqiqada zaryadlandi va gramma başına 80,1 miliamper-soat maxsus sig'imni namoyish etdi.
Mualliflar tomonidan taqdim etilgan ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, agar qayta zaryadlash muddati yigirma daqiqaga uzaytirilgan bo'lsa, batareya ikki to'liq sikldan so'ng o'z sig'imining taxminan 90% ni saqlab qolgan. Ushbu ishlash litiy ionli batareyalardan nazariy jihatdan kutilgan narsaga yaqin, ammo yanada tezkor zaryadlash jarayoni aniq afzallik hisoblanadi.
Zaryadlash tezligi elektr transport vositalarini kengaytirish uchun hal qiluvchi omildir. Ba'zi joriy modellar allaqachon tez zaryadlashni taklif qilsa-da, ular yuqori quvvat infratuzilmasini talab qiladi. Boshqa tomondan, elektr avtomobillarining katta qismi hali ham sezilarli darajada uzoqroq zaryadlash intervaliga muhtoj. Tadqiqotchilar shuningdek, litiy va kobalt kabi xom ashyolarga bog'liq bo'lgan litiy ionli batareyalarning smartfonlar, kompyuterlar va elektr transport vositalarida ustunligini ta'kidlaydilar, bunda ularni sotib olish yanada qimmatroqdir. Bundan tashqari, bu turdagi batareya termik qochish hodisasiga ko'proq moyil, bu esa shikastlanish holatida yong'inga olib keladi.
Metall natriy batareyalari an'anaviy natriy batareyalari va litiy ionli batareyalarning ijobiy xususiyatlarini birlashtirishni maqsad qilgan. Anodda grafit yoki qattiq uglerod o'rniga metall natriydan foydalanish orqali ular kamroq og'irlik va kamroq xarajatlarni taklif qila oladi, shu bilan birga natriy ionlarini boshqarish bilan bog'liq xavfsizlik darajasini saqlab qoladi. Biroq, tadqiqot texnologiyaning tijoratlashtirilishi oldidan muhim muammolar mavjudligini ta'kidlaydi. Olimlar eksperimentlarning takrorlanuvchanligini tasdiqlash va ularning turli haroratlardagi ishlashini baholash zarur ekanligini ta'kidlaydilar, bu esa avtomobillar va elektron jihozlar uchun hayotiy shartdir.
Michigan universiteti tadqiqotchilari elektr transport vositalari batareyalarini optimallashtirish uchun yangi metodologiya ishlab chiqdilar. Joule jurnalida nashr etilgan bu tadqiqot silitsiy va grafitning kombinatsiyasidan foydalanadigan litiy batareyalarga qaratilgan bo'lib, dinamik termal sozlamalar orqali ularning uzoq muddatli ishlashini ta'minlashga qaratilgan.
Taklif etilgan tizim avtomobilning o'ziga integratsiya qilinadi va foydalanish paytida tabiiy ravishda hosil bo'ladigan yuk ma'lumotlarini tahlil qilish qobiliyatiga ega. Ushbu ma'lumotlarga asoslanib, u batareya hujayralaridagi silitsiyning eskirishga eng sezgir bo'lgan vaqtlarini aniq aniqlay oladi. Bu o'qishni amalga oshirgandan so'ng, tizim dinamik tarzda aralashib, ichki komponentlarning xatti-harakatiga muvofiq batareyaning haroratini tartibga soladi, birlikni faolroq materialga qarab isitadi yoki sovutadi, bu esa vaqt o'tishi bilan eskirishni kamaytiradi.
Ushbu loyiha General Motors va Imperial College London tomonidan qo'llab-quvvatlandi, shuningdek, Milliy fan fondining moliyaviy yordami bilan ta'minlandi. Natijalar elektr avtomobillarida qo'llaniladigan batareyalarning chidamliligini sezilarli darajada oshirish potentsialiga ishora qiladi.
Tadqiqot zamonaviy batareyalarning grafit va silitsiyni birlashtirganligi haqidagi faktga asoslanadi, bunda oxirgisining taxminan o'n barobar ko'proq litiy saqlash qobiliyati mavjud. Biroq, silitsiy zaryadlash va quvvatlash jarayonlari davomida katta sezuvchanlikni namoyon etadi. Tadqiqotdan mas'ul doktorant Zhiwen Wan ta'kidlaganidek, taraqqiyot material va operatsion nazoratning birlashuviga bog'liq bo'lib, ilg'or materiallar faqat real mahsulotlarga integratsiya qilingandan so'ng aqlli boshqarilsa o'z maksimal salohiyatiga erishadi.
Tadqiqot silitsiyning faoliyat nuqtasi doimiy emasligini ochib berdi; u avtomobil qanday ishlatilishiga qarab o'zgaradi va yuk darajasining 33% dan 73% gacha o'zgarishi mumkin, bu esa ideal boshqaruv strategiyasini o'zgartiradi. Katta muallif Anna Stefanopoulou tushuntirib berishicha, joriy tizimlar odatda fiks parametrlar bilan ishlaydi, ammo ularning ishi faol diagnostika bilan boshqariladigan tizimlarga yo'l ochadi.
Testlar shuningdek, silitsiyning to'liq zaryadlash sikllari davomida 300% gacha kengayishi mumkinligini ko'rsatdi, bu esa vaqt o'tishi bilan yoriqlar va faol material yo'qotilishiga olib keladi. Bundan tashqari, olimlar haroratning butunlay boshqa usullarda eskirishga ta'sir qilishini kuzatdilar: issiqlik faol foydalanish paytida samaradorlikka yordam beradi, ammo dam olish holatidagi yuqori haroratlar ichki buzilishlarni tezlashtiradi. Jalison Siegel, jalb qilingan muhandis, tanlab olish nazoratining ahamiyatini ta'kidladi, chunki harorat maqsadli tarzda qo'llanilishi kerak.
Taklif etilgan mexanizm silitsiy eng faol bo'lganda batareyani isitish va grafit ustunlik qilsa yoki mashina to'xtab turganida uni sovutish uchun shu xatti-harakatdan foydalanadi. Bu taktik aynan uy quvvat manbalari yoki past quvvatli jamoat punktlarida amalga oshiriladigan sekin zaryadlash holatlariga cheklangan.
