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Création batteries lithium-ion pour les environnements extrêmes

04/16/2014

 

Les batteries au lithium-ion sont des sources d'énergie populaires pour les téléphones cellulaires et autres appareils électroniques, mais problématique dans la chaleur ou le froid extrême. Un laboratoire de l'Université Rice, a proposé des moyens d'étendre leur gamme.

Une carte créée par les scientifiques de matériaux à l'Université Rice aider les laboratoires à développer des batteries lithium-ion pour les environnements extrêmes.

matériaux de riz scientifique Pulickel Ajayan et les membres de son laboratoire ont publié une étude qui analyse les progrès récents dans la technologie lithium-ion et suggère comment rendre les batteries plus adaptables pour des conditions difficiles. Le travail en revue comprend certains des Ajayan et efforts d'avant-garde de son équipe pour étendre les capacités de lithium-ion, le stockage d'énergie portable de choix pour l'électronique grand public, applications militaires, les voitures électriques et plus.

The review appears this week in énergie nature.

Nouvelles négatives sur les batteries au lithium-ion, ces dernières années a tourné autour de téléphones cellulaires et de fumer la combustion des batteries d'avions. Mais plus des problèmes communs comme le désir des batteries qui durent plus longtemps et payer plus rapidement sont les principaux moteurs de recherche.

« Nous avons cherché difficile de trouver un article qui parle de tous les problèmes en même temps et que toute l'expérience des composants individuels à des températures extrêmes, et nous ne pouvions pas trouver un,» A déclaré Hemtej Gullapalli, chercheur post-doctoral à Rice et co-auteur du papier. « Nous pensons que c'est une bonne occasion de sonder le terrain. »

L'équipe Rice était plus intéressé à voir comment les batteries effectuent à des températures de moins 60 à 150 degré Celsius (moins 76 à 302 degrés Fahrenheit), sachant que les batteries actuelles sont conçues pour fonctionner à proximité de la température ambiante et dans une plage de température étroite. Au mieux, batteries lithium-ion penchent vers des opérations soit chaud ou froid, qui est loin d'être optimale pour une voiture électrique entraîné par le désert chaud à sommets enneigés.

« Les gens n'ont pas regardé que studieusement à des contraintes de température,» A déclaré Gullapalli. Il a noté combien il peut être frustrant quand un téléphone arrête dans le froid ou chaleur et ladite charge d'un téléphone soulève également la température à l'intérieur d'une batterie - qui est la raison pour laquelle un téléphone ne doit jamais être laissé recharger dans une voiture chaude.

« La plupart des recherches avec des batteries et des températures impliquent des systèmes de gestion: Par exemple, si un téléphone est utilisé à des températures froides, ils ralentissent un peu pour préserver la batterie," il a dit. « Mais nous avons trouvé dans notre examen que la perspective change légèrement. Pour fabriquer des batteries qui fonctionnent de faible à des températures élevées, les scientifiques doivent prendre la perspective des matériaux pour voir ce que la température est fait spécifiquement aux matériaux « .

batteries électrochimiques ont trois composants de base: Une anode négative, une cathode positive et un électrolyte conducteur qui permet aux électrons de passer d'un côté à l'autre, tandis que soit la charge ou la vidange. Les matériaux de chaque offrent des possibilités, Gullapalli dit.

« Les gens ont fait un travail incroyable," il a dit. « Ils ont touché presque toute la table périodique et toutes les permutations et combinaisons ont été testées. Maintenant, nous sommes dans la phase d'ingénierie où nous connaissons les limites des matériaux et nous essayons de briser les barrières « .

L'équipe de riz construit une carte complète des deux matériaux nouveaux standards et prometteurs dans les batteries commerciales et détaillées leurs densités typiques de l'énergie et des plages de température pour chaque composant.

« Nous avons comparé stabilités des matériaux par rapport à l'autre et contre une échelle de température,« A déclaré Ajayan. « Cela aidera les chercheurs choisissent avec une combinaison nécessaire à leurs besoins. »

Performance dans les batteries lithium-ion actuelles nécessite des compromis, les chercheurs ont écrit. Par exemple, les électrolytes à base d'eau tels que le plomb-acide et au nickel-hydrure métallique fonctionnent uniquement entre moins 50 et 50 C, tandis que les batteries de sel fondu fonctionnent bien seulement à des températures supérieures 90 C. Les batteries avec du chlorure de thionyle de lithium fonctionnent entre moins 60 et 150 C, mais seulement aux heures de pointe entre 20 et 55 C.

« Construire un idéal ou un gros plan à système idéal exige une compréhension approfondie des mécanismes subtils et de remplacer chaque composant délinquant une alternative appropriée,« A déclaré Ajayan. « Un élément trivial dans des conditions ambiantes peut changer l'ensemble de l'électrochimie lorsqu'il est exposé à des températures élevées. »

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