Работа, чтобы быть изданной в выпуске 10 февраля Слушаний Национальной академии наук, прокладывает путь к развитию литий-ионного аккумулятора нового поколения, который спонтанно не воспламеняется при высоких температурах. У открытия также есть потенциал, чтобы возобновить доверие потребителей к технологии, которая привлекла значительное беспокойство – а именно, после недавних литиевых огней батареи в транспортных средствах Модели S Boeing 787 Dreamliners и Tesla.
«Есть большой спрос на эти батареи и огромное требование сделать их более безопасными», сказал Дезимоун, Выдающийся профессор канцлера Химии в Колледже UNC Искусств и Наук и Уильяма Р. Кенэна младшего Выдающийся профессор Химического машиностроения в государственном университете Северной Каролины и Химии в UNC. «Исследователи надеялись заменять этот электролит в течение многих лет, но никто никогда не думал, чтобы использовать этот материал, названный perfluoropolyether или PFPE, как главный материал электролита в литий-ионных аккумуляторах прежде».Сегодняшние литий-ионные аккумуляторы приводят в действие все от наших мобильных устройств – телефоны, планшеты и ноутбуки – к гигантским авиалайнерам и электромобилям программного расширения, но неотъемлемо легковоспламеняющаяся жидкость используется в качестве электролита.
Литиевые ионы курсируют через эту жидкость от одного электрода до другого, когда батарея заряжается. Но когда на батареи запрашивают чрезмерную цену, электролит может загореться, и батареи могут спонтанно воспламениться.Самовоспламенение не так проблема с мобильными устройствами, которые являются маленькими и заменены часто, объясняет Доминика Вонг, аспирант в лаборатории Дезимоуна, который возглавил проект. Но когда батареи расширены для использования в электромобилях или самолетах, их проблемы воспламеняемости увеличены, и последствия могут быть катастрофическими.
В прошлом исследователи определили альтернативные невоспламеняющиеся электролиты для использования в литий-ионных аккумуляторах, но эти альтернативы поставили под угрозу свойства литиевых ионов. «В дополнение к тому, чтобы быть невоспламеняющимся, PFPE показывает очень интересные свойства, такие как его транспорт ионов», сказал Вонг. «Это заставляет этот электролит выделиться от предыдущих открытий».Открытие началось, когда Дезимоун понял, что у PFPE, материал, который он исследовал для Офиса Военно-морского Исследования, чтобы препятствовать тому, чтобы морская флора и фауна придерживалась днища судов, была подобная химическая структура к полимерному электролиту, обычно изучаемому для литий-ионных аккумуляторов.
PFPE не ничто нового; это – полимер, который долго использовался в качестве сверхпрочной смазки, чтобы держать механизмы в промышленном оборудовании, работающем гладко.«Когда мы обнаружили, что могли растворить литиевую соль в этом полимере, именно тогда мы решили катиться с ним», сказал Вонг. «Большинство полимеров не смешивается с солями, но этот сделал – и это было невоспламеняющимся.
Это был неожиданный результат».Сотруднику Нитэшу Бэлсаре, старшему научному сотруднику способности из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и преподавателю химической и биомолекулярной разработки в Калифорнийском университете, Беркли и его команде тогда задали работу с изучением литий-ионного транспорта в электролите и нашли совместимыми электродами к собранию батареей.В дальнейшем команда сосредоточится на оптимизации проводимости электролита и улучшении особенностей езды на велосипеде батареи, которые необходимы, прежде чем новый материал сможет быть расширен для использования в коммерческих батареях, объясняет Вонг. Если успешный, коммерческая батарея может также использоваться в чрезвычайно холодной окружающей среде, такой что касается космического и глубокого моря военно-морские операции.
«Это – действительно хорошая отправная точка для нас, чтобы войти в большое количество различных направлений и устранить разрыв между научным исследованием и промышленным увеличением масштаба», сказал Вонг. «Но большая часть была междисциплинарным сотрудничеством – наличие возможности работать над научными проблемами с исследователями с различными фонами и экспертными знаниями».