መሐንዲሶች እጅግ በጣም ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ያላቸውን ባትሪዎች ደህንነቱ የተጠበቀ ለማድረግ የጋዝ ኤሌክትሮላይቶችን የሚያረጋጋ መለያ ሠርተዋል

የውጭ ሚዲያዎች እንደዘገቡት በካሊፎርኒያ ሳንዲያጎ ዩኒቨርሲቲ የናኖ መሐንዲሶች የባትሪ መለያየትን በማዘጋጀት በካቶድ እና በአኖድ መካከል እንደ መከላከያ ሆኖ በባትሪው ውስጥ ያለው ጋዝ ኤሌክትሮላይት እንዳይተን ይከላከላል። አዲሱ ዲያፍራም የአውሎ ነፋሱ ውስጣዊ ግፊት እንዳይከማች ይከላከላል, በዚህም ባትሪው እብጠት እና ፍንዳታ ይከላከላል.

ተመራማሪው መሪ ዜንግ ቼን በካሊፎርኒያ ሳንዲያጎ ዩኒቨርሲቲ በጃኮብስ ኦፍ ኢንጂነሪንግ ትምህርት ቤት የናኖኢንጂነሪንግ ፕሮፌሰር "የጋዝ ሞለኪውሎችን በማጥመድ ሽፋኑ ለተለዋዋጭ ኤሌክትሮላይቶች እንደ ማረጋጊያ ሆኖ ሊያገለግል ይችላል" ብለዋል ።

አዲሱ መለያየቱ የባትሪ አፈጻጸምን እጅግ በጣም ዝቅተኛ በሆነ የሙቀት መጠን ማሻሻል ይችላል። ዲያፍራም የሚጠቀመው የባትሪ ሴል ከ 40 ዲግሪ ሴንቲግሬድ ሲቀነስ እና አቅሙ እስከ 500 ሚሊአምፔር ሰአታት ግራም ሊደርስ ይችላል፣ የንግድ ዲያፍራም ባትሪ በዚህ ሁኔታ ዜሮ ኃይል አለው ማለት ይቻላል። ተመራማሪዎች እንደሚሉት ለሁለት ወራት ጥቅም ላይ ሳይውል ቢቀር እንኳን የባትሪ ሴል አቅም አሁንም ከፍተኛ ነው። ይህ አፈጻጸም የሚያሳየው ድያፍራም የማከማቻ ጊዜን ሊያራዝም ይችላል። ይህ ግኝት ተመራማሪዎች ግባቸውን የበለጠ እንዲያሳኩ ያስችላቸዋል፡- በረዷማ አካባቢዎች ለተሽከርካሪዎች የኤሌክትሪክ ኃይል የሚያቀርቡ እንደ የጠፈር መንኮራኩሮች፣ ሳተላይቶች እና ጥልቅ ባህር መርከቦች ያሉ ባትሪዎችን ለማምረት ያስችላል።

ይህ ጥናት የተመሰረተው በካሊፎርኒያ ሳንዲያጎ ዩኒቨርሲቲ የናኖኢንጂነሪንግ ፕሮፌሰር በሆኑት በዪንግ ሸርሊ ሜንግ ላቦራቶሪ ውስጥ በተደረገ ጥናት ነው። ይህ ጥናት በከባቢ አየር ውስጥ ለመጀመሪያ ጊዜ ከ 60 ዲግሪ ሴንቲግሬድ ሲቀነስ ጥሩ አፈፃፀምን ለመጠበቅ የሚያስችል ባትሪ ለማምረት የተለየ ፈሳሽ ጋዝ ኤሌክትሮላይት ይጠቀማል። ከነሱ መካከል ፈሳሽ ጋዝ ኤሌክትሮላይት ግፊትን በመተግበር የሚፈስ እና ከባህላዊ ፈሳሽ ኤሌክትሮላይቶች የበለጠ ዝቅተኛ የሙቀት መጠንን የሚቋቋም ጋዝ ነው።

ነገር ግን የዚህ ዓይነቱ ኤሌክትሮላይት ጉድለት አለበት; ከፈሳሽ ወደ ጋዝ መቀየር ቀላል ነው. ቼን "ይህ ችግር ለዚህ ኤሌክትሮላይት ትልቁ የደህንነት ጉዳይ ነው." ፈሳሹን ሞለኪውሎች ለማጥበብ እና ኤሌክትሮላይቱን በፈሳሽ ሁኔታ ውስጥ ለማቆየት ኤሌክትሮላይቱን ለመጠቀም ግፊቱን መጨመር ያስፈልገዋል.

የቼን ላብራቶሪ ይህንን ችግር ለመፍታት በካሊፎርኒያ ሳንዲያጎ ዩኒቨርሲቲ የናኖኢንጂነሪንግ ፕሮፌሰር ከሆኑት ከሜንግ እና ቶድ ፓስካል ጋር ተባብሯል። እንደ ፓስካል ያሉ የኮምፒዩተር ባለሙያዎችን እውቀት እንደ ቼን እና ሜንግ ካሉ ተመራማሪዎች ጋር በማጣመር ብዙ ጫና ሳይደረግበት የቫፖራይዝድ ኤሌክትሮላይትን የማፍሰስ ዘዴ ተዘጋጅቷል። ከላይ የተገለጹት ሰራተኞች በካሊፎርኒያ ሳንዲያጎ ዩኒቨርሲቲ የቁሳቁስ ምርምር ሳይንስ እና ምህንድስና ማእከል (MRSEC) ጋር የተቆራኙ ናቸው።

ይህ ዘዴ የጋዝ ሞለኪውሎች በጥቃቅን ናኖ-ሚዛን ቦታዎች ውስጥ ሲታሰሩ በድንገት ከሚሰባሰቡበት አካላዊ ክስተት ነው። ይህ ክስተት ዝቅተኛ ግፊት ላይ ጋዝ ፈሳሽ ሊሆን የሚችል capillary condensation ይባላል. የምርምር ቡድኑ ይህንን ክስተት በመጠቀም ኤሌክትሮላይቱን እጅግ በጣም ዝቅተኛ በሆነ የሙቀት መጠን ባትሪዎች ውስጥ ማረጋጋት የሚችል የባትሪ መለያየትን በፍሎረመቴን ጋዝ የተሰራ ፈሳሽ ጋዝ ኤሌክትሮላይት ለመስራት ተጠቅሞበታል። ተመራማሪዎቹ ሽፋኑን ለመፍጠር የብረት-ኦርጋኒክ ማእቀፍ (MOF) የተባለ ባለ ቀዳዳ ክሪስታላይን ቁሳቁስ ተጠቅመዋል። ስለ MOF ልዩ የሆነው ነገር በትናንሽ ቀዳዳዎች የተሞላ ነው, ይህም የፍሎረሜትቶን ጋዝ ሞለኪውሎችን በማጥመድ እና በአንጻራዊነት ዝቅተኛ ግፊት መጨናነቅ ይችላል. ለምሳሌ, ፍሎሮሜትቴን ብዙውን ጊዜ ከ 30 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በታች ይቀንሳል እና 118 psi ኃይል አለው; ነገር ግን MOF ጥቅም ላይ ከዋለ, በተመሳሳይ የሙቀት መጠን ውስጥ ያለው የንጽሕና ግፊት 11 psi ብቻ ነው.

ቼን እንዳሉት "ይህ MOF ኤሌክትሮላይት እንዲሰራ የሚያስፈልገውን ግፊት በእጅጉ ይቀንሳል. ስለዚህ, የእኛ ባትሪ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ሳይበላሽ ከፍተኛ መጠን ያለው አቅም ሊሰጥ ይችላል." ተመራማሪዎቹ MOF ላይ የተመሰረተ መለያን በሊቲየም-አዮን ባትሪ ውስጥ ሞክረዋል። . የሊቲየም-አዮን ባትሪ የፍሎሮካርቦን ካቶድ እና የሊቲየም ብረት አኖድ ያካትታል. በ 70 psi ውስጣዊ ግፊት ውስጥ በጋዝ ፍሎረሜትቴን ኤሌክትሮላይት ሊሞላው ይችላል, ይህም ፍሎረሜትታንን ለማጣራት ከሚያስፈልገው ግፊት በጣም ያነሰ ነው. ባትሪው አሁንም በ 57 ዲግሪ ሴንቲግሬድ ሲቀነስ 40% የሙቀት መጠንን ይይዛል። በአንፃሩ በተመሳሳይ የሙቀት መጠንና ግፊት፣ ፍሎሮሜትቴን የያዘ ጋዝ ኤሌክትሮላይት በመጠቀም የንግድ ዲያፍራም ባትሪ ኃይል ዜሮ ነው።

በ MOF መለያየት ላይ የተመሰረቱት ማይክሮፖሮች ቁልፉ ናቸው ምክንያቱም እነዚህ ማይክሮፖሮች በተቀነሰ ግፊት ውስጥ እንኳን በባትሪው ውስጥ ብዙ ኤሌክትሮላይቶችን ማቆየት ይችላሉ። የንግድ ዲያፍራም ትልቅ ቀዳዳዎች ያሉት ሲሆን በተቀነሰ ግፊት የጋዝ ኤሌክትሮላይት ሞለኪውሎችን ማቆየት አይችልም። ነገር ግን በእነዚህ ሁኔታዎች ውስጥ ዲያፍራም በደንብ የሚሰራበት ምክንያት ማይክሮፖሮሲስ ብቻ አይደለም. በተመራማሪዎቹ የተነደፈው ዲያፍራምም ቀዳዳዎቹ ከጫፍ እስከ ጫፍ ቀጣይነት ያለው መንገድ እንዲፈጥሩ ያስችላቸዋል፣ በዚህም የሊቲየም ionዎች በዲያፍራም ውስጥ በነፃነት እንዲፈስሱ ያደርጋል። በፈተናው ውስጥ አዲሱን ዲያፍራም ሲቀነስ በ40 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ በመጠቀም የባትሪው ion conductivity የንግድ ዲያፍራም ከተጠቀመው ባትሪ በአሥር እጥፍ ይበልጣል።

የቼን ቡድን በአሁኑ ጊዜ MOF ላይ የተመሰረቱ ሴፓራተሮችን በሌሎች ኤሌክትሮላይቶች ላይ በመሞከር ላይ ነው። ቼን እንዳሉት "ተመሳሳይ ተፅዕኖዎችን አይተናል. ይህንን MOF እንደ ማረጋጊያ በመጠቀም, የተለያዩ ኤሌክትሮላይት ሞለኪውሎች የባትሪን ደህንነት ለማሻሻል ባህላዊ የሊቲየም ባትሪዎችን በተለዋዋጭ ኤሌክትሮላይቶች ጨምሮ."