تكنولوجيا

أداء محسّن للبطارية في درجات حرارة منخفضة

البحث والتطوير المتقدم للبطارية

توفر الأبحاث المنشورة حديثًا عناصر التصميم المثلى للإلكتروليتات المائية لاستخدامها في البطاريات المائية ذات درجة الحرارة المنخفضة.

يدعم تخزين الطاقة عبر تقنية البطاريات القابلة لإعادة الشحن أنماط حياتنا الرقمية ويدعم دمج مصادر الطاقة المتجددة في شبكة الطاقة. ومع ذلك ، لا يزال تشغيل البطاريات في ظروف باردة يمثل تحديًا ، مما يحفز البحث على تحسين أداء البطاريات في درجات الحرارة المنخفضة. تتفوق البطاريات المائية (في محلول سائل) على البطاريات غير المائية من حيث القدرة الإنتاجية (مقياس الطاقة المفرغة لكل وحدة زمنية) في درجات حرارة منخفضة.

بحث جديد من المهندسين في الجامعة الصينية بهونغ كونغ ، نُشر مؤخرًا في المجلة البحث عن الطاقة النانوية ، تقدم عناصر التصميم المثلى للإلكتروليتات المائية لاستخدامها في البطاريات المائية ذات درجات الحرارة المنخفضة. يستعرض البحث الخصائص الفيزيائية والكيميائية للشوارد المائية (التي تحدد أدائها في البطاريات) بناءً على عدة مقاييس: مخططات الطور ، ومعدلات انتشار الأيونات ، وحركية تفاعلات الأكسدة والاختزال.

تتمثل التحديات الرئيسية للبطاريات المائية ذات درجة الحرارة المنخفضة في تجميد الإلكتروليتات ، وتنتشر الأيونات ببطء وبالتالي تكون حركية الأكسدة والاختزال (عملية نقل الإلكترون) بطيئة. ترتبط هذه المعلمات ارتباطًا وثيقًا بالخصائص الفيزيائية والكيميائية للشوارد المائية ذات درجة الحرارة المنخفضة المستخدمة في البطاريات.

من أجل تحسين أداء البطارية في الظروف الباردة ، من الضروري فهم كيفية تفاعل الإلكتروليتات مع البرودة (-50 أوهج إلى -95 أوهج / –58 أوهF إلى -139 أوهF). وفقًا لمؤلف الدراسة والبروفيسور المشارك Yi-Chun Lu ، “للحصول على بطاريات مائية عالية الأداء منخفضة الحرارة (LT-ABs) ، من المهم دراسة الخصائص الفيزيائية والكيميائية المعتمدة على درجة الحرارة للإلكتروليتات المائية لتوجيه تصميم البطاريات باستخدام إلكتروليتات مائية منخفضة الحرارة (LT-AE).

استراتيجيات التصميم للإلكتروليتات المائية ذات درجة الحرارة المنخفضة

رسم تخطيطي يوضح استراتيجيات التصميم للشوارد المائية ، بما في ذلك الديناميكا الحرارية المضادة للتجمد ، وحركية انتشار الأيونات ، وحركية الأكسدة والاختزال السطحية. الائتمان: Nano Research Energy

تقييم الالكتروليتات المائية

قارن الباحثون العديد من LT-AEs المستخدمة في تقنيات تخزين الطاقة ، بما في ذلك Li المائي+/ لا ينطبق++/ ح+/ Zn2+– البطاريات والمكثفات الفائقة وبطاريات التدفق. جمعت الدراسة معلومات من العديد من التقارير الأخرى المتعلقة بأداء LT-AEs المختلفة ، على سبيل المثال هيدروجيل إلكتروليت مضاد للتجمد لمركب Zn / MnO مائي.2 البطارية؛ وإيثيلين جلايكول (EG) -H2إلكتروليت هجين قائم على O لبطارية Zn المعدنية.

قاموا بشكل منهجي بفحص مخططات حالة التوازن وعدم التوازن لهذه LT-AEs المبلغ عنها لفهم آليات التجمد الخاصة بهم. أظهرت مخططات الطور كيف تتغير طور المنحل بالكهرباء من خلال تغيرات درجة الحرارة. فحصت الدراسة أيضًا موصلية LT-AEs كدالة لدرجة الحرارة وتركيزات المنحل بالكهرباء وحاملات الشحنة.

توقع مؤلف الدراسة لو أن “الإلكتروليتات المائية المثالية المضادة للتجمد يجب ألا تظهر فقط درجة حرارة منخفضة للتجميد يم ولكن أيضًا تتمتع بقدرة عالية على التبريد الفائق “، أي أن وسيط التحليل الكهربائي السائل يظل سائلاً حتى أقل من درجة حرارة التجمد ، مما يسمح بنقل الأيونات عند درجات حرارة منخفضة جدًا.

وجد مؤلفو الدراسة أن LT-AEs التي تمكن البطاريات من العمل في درجات حرارة منخفضة للغاية تظهر في المقام الأول نقاط تجمد منخفضة وقدرات تبريد فائقة قوية. علاوة على ذلك ، يقترح لو أنه “يمكن تحقيق قدرة التبريد الفائق القوية من خلال تحسين الحد الأدنى من وقت التبلور t وزيادة قيمة النسبة بين درجة حرارة التزجج ودرجة حرارة التجميد (يز/يم) من الشوارد.

يمكن تحسين موصلية الشحن لـ LT-AEs التي تم الإبلاغ عنها لاستخدامها في البطاريات عن طريق تقليل كمية الطاقة المطلوبة لنقل الأيونات ، وضبط تركيز الإلكتروليت ، واختيار بعض ناقلات الشحن التي تعزز معدلات أعلى.تفاعلات الأكسدة والاختزال السريعة. يقول لو “خفض طاقة تنشيط الانتشار ، وتحسين تركيز الإلكتروليت ، واختيار ناقلات الشحنة ذات نصف قطر الماء المنخفض وتصميم آلية انتشار منسقة[s] ستكون استراتيجيات فعالة لتحسين التوصيل الأيوني للـ LT-AEs.

في المستقبل ، يأمل المؤلفون في إجراء مزيد من التحقيق في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للإلكتروليتات التي تساعد في تحسين أداء البطاريات المائية في درجات حرارة منخفضة. يقول لو: “نود تطوير بطاريات مائية عالية الأداء ذات درجة حرارة منخفضة (LT-AB) من خلال تصميم إلكتروليتات مائية تتمتع بدرجة حرارة منخفضة للتجميد ، وقدرة قوية على التبريد الفائق ، وموصلية أيونية عالية ، وحركية الأكسدة والاختزال السطحية السريعة”.

المرجع: “استراتيجيات التصميم للإلكتروليتات المائية منخفضة الحرارة” بقلم ليوي جيانج وديجيان دونغ ويي تشون لو ، 17 أبريل 2022 ، نانومتر للطاقة البحثية.
DOI: 10.26599 / NRE.2022.9120003

مؤلفو المقال هم Liwei Jiang و Dejian Dong و Yi-Chun Lu.

تم تمويل هذا البحث من قبل مجلس المنح البحثية لمنطقة هونغ كونغ الإدارية الخاصة ، الصين.


Source link

مقالات ذات صلة

أضف تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

Back to top button