Naslovna ECO TECH Čvrst elektrolit pruža litijum-sumpornim baterijama neverovatnu izdržljivost

Čvrst elektrolit pruža litijum-sumpornim baterijama neverovatnu izdržljivost

fxxx.club tube www.hqsexvideos young hoe elle rose has her pussy stretched.pornpals.club

Sumpor može da skladišti mnogo više litijuma, ali je problematično reaktivan u baterijama.

Litijum možda jeste ključna komponenta u većini modernih baterija, ali zapravo ne čini većinu materijala koji se koristi u njima.

Umesto toga, veliki deo upotrebljenog materijala je u elektrodama, gde se litijum skladišti kada se baterija puni ili prazni. Dakle, jedan od načina da se naprave lakše i kompaktnije litijum-jonske baterije je pronalaženje materijala za elektrode koji mogu da skladište više litijuma. To je jedan od razloga zašto se kod najnovije generacije baterija ubacuje silicijum u materijale elektroda.

Postoje materijali koji mogu da skladište čak i više litijuma nego silicijum, a jedan takav primer je sumpor. Međutim, sumpor ima tendenciju da reaguje sam sa sobom, proizvodeći jone koji mogu da isplivaju u elektrolit. Osim toga, kao i svaki elektrodni materijal, ima tendenciju da se širi proporcionalno količini litijuma koji se skladišti, što može stvoriti fizička opterećenja na strukturi baterije. Dakle, iako je lako napraviti litijum-sumporne baterije, njihove performanse imaju tendenciju da brzo opadaju.

Ipak, sada istraživači izlaze s litijum-sumpornom baterijom koja i dalje raspolaže s 80 odsto prvobitnog kapaciteta nakon 25.000 ciklusa punjenja/pražnjenja. Sve što je bilo potrebno je čvrst elektrolit koji je reaktivniji od samog sumpora.

Kada se litijum sretne sa sumporom

Sumpor je privlačan materijal za baterije. Ima ga u izobilju i jeftin je, a atomi sumpora su relativno lagani u poređenju s mnogim drugim materijalima koji se koriste u elektrodama baterija. Natrijum-sumporne jedinice, koje se oslanjaju na dve veoma jeftine sirovine, već su razvijene, iako funkcionišu samo na temperaturama koje su dovoljno visoke da istope obe ove komponente. Nasuprot tome, litijum-sumporne baterije bi mogle da rade manje-više na isti način kao sadašnje litijum-jonske.

Uz nekoliko velikih izuzetaka: jedan je da je elementarni sumpor, koji se koristi kao elektroda, veoma loš provodnik električne energije, tako da se mora raspršiti unutar mreže provodnog materijala. To se može uporediti s grafitom, koji istovremeno skladišti litijum i relativno dobro provodi električnu energiju, zahvaljujući tome što se sastoji od bezbrojnih slojeva grafena. Litijum se tamo skladišti kao Li2S, koji zauzima znatno više prostora od elementarnog sumpora koji zamenjuje.

Međutim, oba ova problema mogu se rešiti pažljivim projektovanjem strukture baterije. Ozbiljniji problem je vezan za svojstva litijum-sumpornih reakcija koje se javljaju na elektrodi. Elementarni sumpor postoji kao prsten od osam atoma, a reakcije s litijumom su dovoljno spore da se na kraju formiraju polustabilni intermedijeri s manjim lancima sumpora. Nažalost, oni imaju tendenciju da budu rastvorljivi u većini elektrolita, što im omogućava da putuju do suprotne elektrode i tamo učestvuju u hemijskim reakcijama.

Ovaj proces u suštini prazni bateriju, ne dozvoljavajući da se elektroni koriste i postepeno ostavlja sumpor elektrode nedostupnim za učešće u budućim ciklusima punjenja i pražnjenja. Konačni rezultat se ogledao u tome da su se rane generacije ove tehnologije praznile dok bi stajale nekorišćene, a uspevale bi da prežive tek nekoliko ciklusa pre nego što bi im performanse dramatično opadale.

Ipak, došlo je do napretka na svim ovim frontovima, a demonstrirane su neke litijum-sumporne baterije s performansama sličnim litijum-jonskim. Krajem prošle godine, jedna kompanija je objavila da je pripremila novac potreban za izgradnju prve velike fabrike litijum-sumpornih baterija. Međutim, rad na poboljšanjima je nastavljen, a indicije postoje da su otkriveni načini da se obezbede performanse koje prevazilaze one kod litijum-jonskih.

Brzina

Studija u okviru koje se opisuje novi razvoj, urađena u saradnji između kineskih i nemačkih istraživača, fokusirana je na jedan aspekt koji u centar pažnje stavlja izazov koji predstavljaju litijum-sumporne baterije: relativno spora hemijska reakcija između jona litijuma i elementarnog sumpora. To je očigledna prepreka kada je u pitanju brzo punjenje, nešto što će predstavljati problem za upotrebu u automobilima. Ipak, u isto vreme, pronalaženje načina da se ograniči formiranje neaktivnih intermedijara tokom ove reakcije, moglo bi da reši problem relativno kratkog radnog veka litijum-sumpornih baterija. Kako se ispostavilo, istraživači su pronašli dve solucije.

Jedan od problema s intermedijarima litijum-sumporne reakcije je taj što se oni rastvaraju u većini elektrolita. Međutim, to nije problem u slučaju da elektrolit nije tečan. Čvrsti elektroliti su materijali koji imaju poroznu strukturu na atomskom nivou, pri čemu je okruženje unutar pora povoljno za jone. Ovo im (jonima) omogućava da se šire kroz čvrstu materiju. Ako postoji način da se zarobe joni na jednoj strani elektrolita, kao što je hemijska reakcija koja ih zarobljav ili dejonizuje, onda to može omogućiti jednosmerno putovanje.

Ono što je ključno, pore koje favorizuju tranzit jona litijuma, koje su prilično kompaktne, verovatno neće dozvoliti tranzit velikih jonizovanih lanaca sumpora. Dakle, čvrsti elektroliti bi trebalo da budu od pomoći u ublažavanju problema s kojima se suočavaju litijum-sumporne baterije. Ipak, to neće nužno biti od pomoći kada je reč o brzom punjenju.

Istraživači su započeli testiranje stakla formiranog od mešavine bora, sumpora i litijuma (B2S3 i Li2S). Međutim, ispostavilo se da ovo staklo ima izuzetno lošu provodljivost, pa su počeli da eksperimentišu sa srodnim staklima, odlučivši se za kombinaciju koja je sadržala malo fosfora i joda.

Pokazalo se da je jod ključna komponenta. Dok je razmena elektrona sa sumporom relativno spora, jod se podvrgava razmeni elektrona (tehnički se to naziva redoks reakcija) izuzetno brzo. Dakle, može delovati kao posrednik u prenosu elektrona na sumpor, ubrzavajući reakcije koje se dešavaju na elektrodi. Pored toga, jod ima relativno niske tačke topljenja i ključanja, a istraživači sugerišu da postoje dokazi da se kreće unutar elektrolita, omogućavajući mu da deluje kao elektronski „prevoz“.

Uspesi i upozorenja

Rezultat se ogleda u daleko superiornijem elektrolitu, i što je najvažnije, onom što omogućava brzo punjenje. Tipično je da brzo punjenje smanjuje ukupan kapacitet, koji se može uskladištiti u bateriji. Ipak, kada se puni izuzetno brzo (50C, što znači potpuno punjenje za nešto više od jednog minuta), baterija zasnovana na ovom sistemu je i dalje imala polovinu kapaciteta baterije koja se punila 25 puta sporije (2C, ili pola sata do pune napunjjenosti).

Međutim, ono što je upadljivo koliko je dotična baterija izdržljiva. Čak i pri srednjoj stopi punjenja (5C), i dalje je zadržala 80 odsto prvobitnog kapaciteta nakon 25.000 ciklusa punjenja/pražnjenja. Nasuprot tome, litijum-jonske baterije imaju tendenciju da dostignu taj nivo raspada nakon oko 1.000 ciklusa. Ako je takva vrsta performansi moguća u bateriji koja se masovno proizvodi, sigurno nije preterano reći da bi ona mogla radikalno da promeni naš odnos prema mnogim baterijski napajanim uređajima i sistemima.

Međutim, ono što uopšte nije jasno jeste da li se ovim u potpunosti koristi jedno od prvobitnih obećanja litijum-sumpornih baterija: veći kapacitet u datoj masi i zapremini. Istraživači navode koja baterija se koristi za testiranje; jedna elektroda je indijum/litijum metalna folija, a druga je mešavina ugljenika, sumpora i staklenog elektrolita. Između njih se nalazi sloj elektrolita. Ipak, kada se izdaju brojke vezane za kapacitet skladištenja po jedinici mase, pominje se samo težina sumpora.

Čak i ako bi problemi s masom sprečili da se ovakva baterija stavi u automobil ili mobilni telefon, postoje brojne primene vezane za skladištenje, koje bi profitirale na soluciji koja se ne troši ni nakon 65 godina svakodnevnog punjenja/pražnjenja.

Priredio: Pavle Barta

Izvor: Ars Techica

www.regbeegtube.com slutwifetraining rachel. www.onlychicas.net xmas lingerie lesbians have closeup threeway.

Postavi komentar:

Molimo unesite svoj komentar
Unesite svoje ime