Ingeniariek gas-elektrolitoak egonkortzen dituen bereizgailu bat garatu dute tenperatura baxuko bateriak seguruagoak izan daitezen

Atzerriko hedabideen arabera, San Diegoko Kaliforniako Unibertsitateko nano ingeniariek katodoaren eta anodoaren arteko hesi gisa jarduteko bateria-bereizle bat garatu dute, bateriaren gas-elektrolitoa lurrundu ez dadin. Diafragma berriak ekaitzaren barne-presioa pilatzea eragozten du, eta horrela bateria puztu eta lehertzea eragozten du.

Zheng Chen ikerketa-buruak, San Diegoko Kaliforniako Unibertsitateko Jacobs Ingeniaritza Eskolako nanoingeniaritzako irakasleak, esan zuen: "Gas molekulak harrapatuz, mintzak elektrolito lurrunkorren egonkortzaile gisa jardun dezake".

Bereizle berriak bateriaren errendimendua hobe dezake tenperatura baxuetan. Diafragma erabiltzen duen bateria-zelula minus 40 °C-tan funtziona dezake, eta edukiera gramo bakoitzeko 500 miliampere ordukoa izan daiteke, diafragma komertzialeko bateriak ia zero potentzia du kasu honetan. Ikertzaileek diote bi hilabetez erabili gabe egon arren, bateria-zelulen edukiera handia dela oraindik. Errendimendu honek erakusten du diafragmak biltegiratze-bizitza ere luza dezakeela. Aurkikuntza honi esker, ikertzaileek beren helburua gehiago lortzeko aukera dute: ingurune izoztuetan ibilgailuei elektrizitatea eman dezaketen bateriak ekoiztea, hala nola, espazio-ontziak, sateliteak eta itsaso sakoneko ontziak.

Ikerketa hau, San Diegoko Kaliforniako Unibertsitateko nanoingeniaritza irakaslea den Ying Shirley Meng-en laborategian egindako ikerketa batean oinarritzen da. Ikerketa honek gas likidotutako elektrolito jakin bat erabiltzen du lehenengoz 60 °C ken ingurune batean errendimendu ona mantentzen duen bateria bat garatzeko. Horien artean, gas likidotuaren elektrolitoa presioa eginez likidotzen den gasa da eta ohiko elektrolito likidoek baino tenperatura baxuekiko erresistenteagoa dena.

Baina elektrolito mota honek akats bat du; erraza da likidotik gasera aldatzea. Chen-ek esan zuen: "Arazo hau elektrolito honen segurtasun arazo handiena da". Presioa handitu behar da likido molekulak kondentsatzeko eta elektrolitoa likido egoeran mantentzeko elektrolitoa erabiltzeko.

Chen-en laborategia San Diegoko Kaliforniako Unibertsitateko nanoingeniaritzako irakasle Meng eta Tod Pascal-ekin elkarlanean aritu zen arazo hau konpontzeko. Pascal bezalako informatikan adituen esperientzia Chen eta Meng bezalako ikertzaileekin konbinatuz, lurrundutako elektrolitoa likidotzeko metodo bat garatu da presio gehiegi azkar aplikatu gabe. Goian aipatutako langileak San Diegoko Kaliforniako Unibertsitateko Materialen Ikerketa Zientzia eta Ingeniaritza Zentroarekin (MRSEC) afiliatuta daude.

Metodo honek fenomeno fisiko batetik hartzen du maileguan, zeinetan gas molekulak berez kondentsatzen diren nano-eskala espazio txikietan harrapatuta daudenean. Fenomeno horri kondentsazio kapilarra deritzo, eta horrek gasa likido bihur dezake presio baxuagoan. Ikerketa-taldeak fenomeno hau erabili zuen tenperatura ultra baxuko baterietan elektrolitoa egonkor dezakeen bateria-bereizle bat eraikitzeko, fluorometano gasez egindako gas likidotuko elektrolito bat. Ikertzaileek metal-organiko egitura (MOF) izeneko material kristalino porotsu bat erabili zuten mintza sortzeko. MOF-ren gauza berezia da poro txikiz beteta dagoela, eta horrek fluorometano gasaren molekulak harrapatzen ditu eta nahiko presio baxuan kondentsatu ditzake. Esaterako, fluorometanoa 30 °C-tan gutxitu ohi da eta 118 psiko indarra du; baina MOF erabiltzen bada, tenperatura berean porotsuen kondentsazio-presioa 11 psi baino ez da.

Chen-ek esan zuen: "MOF honek elektrolitoak funtziona dezan behar duen presioa nabarmen murrizten du. Hori dela eta, gure bateriak edukiera handia eman dezake tenperatura baxuetan degradatu gabe". Ikertzaileek MOFn oinarritutako bereizle bat probatu zuten litio-ioizko bateria batean. . Litio-ioizko bateria fluorokarbono katodo batek eta litio metalezko anodo batek osatzen dute. Fluorometano-elektrolito gaseoso batez bete dezake 70 psiko barne-presioan, fluorometanoa likidotzeko behar den presioa baino askoz txikiagoa. Bateria oraindik ere bere giro-tenperaturaren edukieraren % 57 mantentzen du ken 40 °C-tan. Aitzitik, tenperatura eta presio berdinean, fluorometanoa duen gas-elektrolito bat erabiliz diafragma-pila komertzialen potentzia ia zero da.

MOF bereizgailuan oinarritutako mikroporoak dira gakoa, mikroporo horiek elektrolito gehiago mantentzen baitituzte baterian presioa murriztuta ere. Diafragma komertzialak poro handiak ditu eta ezin ditu presio murriztuan gas elektrolito-molekulak atxiki. Baina mikroporositatea ez da baldintza hauetan diafragma ondo funtzionatzen duen arrazoi bakarra. Ikertzaileek diseinatutako diafragmari esker, poroek mutur batetik bestera bide jarraitua osatzen dute, horrela, litio ioiak diafragmatik libre igaro daitezkeela bermatuz. Saiakeran, diafragma berria erabiltzen duen bateriaren eroankortasun ionikoa 40 °C kenetan diafragma komertziala erabiltzen duen bateriaren hamar aldiz handiagoa da.

Chen-en taldea MOFn oinarritutako bereizgailuak probatzen ari da beste elektrolito batzuetan. Chen-ek esan zuen: "Antzeko efektuak ikusi ditugu. MOF hau egonkortzaile gisa erabiliz, hainbat elektrolito molekula xurga daitezke bateriaren segurtasuna hobetzeko, elektrolito lurrunkorrak dituzten litiozko bateria tradizionalak barne".