Көмүртектин эмиссиясын кыскартуунун шашылыш зарылдыгы транспортту электрлештирүү жана күн жана шамал энергиясын тармакка жайылтууну кеңейтүү багытында тез кадам шилтеп жатат.Эгерде бул тенденциялар күтүлгөндөй күчөсө, электр энергиясын сактоонун жакшы ыкмаларына муктаждык күчөйт.
Эстер менен Гарольд Эдгертондун материал таануу жана инженерия боюнча доценти доктор Эльза Оливетти климаттын өзгөрүү коркунучун жоюу үчүн биз ала турган бардык стратегияларга муктажбыз, дейт.Албетте, тармакка негизделген массалык сактоо технологияларын өнүктүрүү чечүүчү мааниге ээ.Бирок мобилдик тиркемелер үчүн - өзгөчө транспорт - көптөгөн изилдөөлөр бүгүнкүгө ылайыкташууга багытталганлитий-иондук батарейкаларкоопсуз, кичине жана алардын өлчөмү жана салмагы үчүн көбүрөөк энергияны сактоого жөндөмдүү болушу үчүн.
Кадимки литий-иондук батарейкалар өркүндөтүүнү улантууда, бирок алардын структурасына байланыштуу чектөөлөр сакталууда.Литий-иондук батарейкалар органикалык (көмүртек камтыган) суюктукка салынган эки электроддон турат, бири оң жана экинчиси терс.Батарея заряддалганда жана кубатталганда, заряддалган литий бөлүкчөлөрү (же иондор) суюк электролит аркылуу бир электроддон экинчи электродго өтөт.
Бул дизайндагы бир көйгөй - белгилүү бир чыңалууларда жана температурада суюк электролит учуучу болуп, күйүп кетиши мүмкүн.Батареялар кадимки колдонууда жалпысынан коопсуз, бирок коркунуч сакталып турат, дейт Olivetti тобунун изилдөөчүсү, доктор Кевин Хуанг Ph.D.'15.
Дагы бир көйгөй, литий-иондук аккумуляторлор унааларда колдонууга ылайыктуу эмес.Чоң, оор батарея топтомдору мейкиндикти ээлеп, унаанын жалпы салмагын жогорулатат жана күйүүчү майдын үнөмдүүлүгүн азайтат.Бирок азыркы литий-иондук батарейкаларды энергиянын тыгыздыгын - бир грамм салмакка сакталган энергиянын көлөмүн сактоо менен кичирейтүү жана жеңилирээк кылуу кыйын болуп жатат.
Бул көйгөйлөрдү чечүү үчүн изилдөөчүлөр литий-иондук батарейкалардын негизги өзгөчөлүктөрүн өзгөртүп, бардык катуу, же катуу абалдагы версиясын түзүшөт.Алар ортодогу суюк электролиттерди чыңалуулардын жана температуралардын кеңири диапазонунда туруктуу болгон жука катуу электролит менен алмаштырып жатышат.Бул катуу электролит менен алар жогорку сыйымдуулуктагы оң электродду жана кадимки көзөнөк көмүртек катмарынан алда канча азыраак калың болгон жогорку сыйымдуулуктагы литий металл терс электродду колдонушкан.Бул өзгөртүүлөр энергияны сактоо сыйымдуулугун сактап, ал эми жалпы клетканын бир топ кичирээк болушуна мүмкүндүк берет, натыйжада энергиянын тыгыздыгы жогору болот.
Бул өзгөчөлүктөр - күчөтүлгөн коопсуздук жана көбүрөөк энергия тыгыздыгы- балким, мүмкүн болгон катуу абалдагы батарейкалардын эң көп айтылган эки пайдасы, бирок булардын бардыгы келечекке багытталган жана күтүлгөн нерселер жана сөзсүз түрдө жетишүү мүмкүн эмес.Ошентсе да, бул мүмкүнчүлүк көптөгөн изилдөөчүлөр бул убаданы аткара турган материалдарды жана долбоорлорду табууга аракет кылып жатышат.
Лабораториядан тышкары ойлонуу
Окумуштуулар лабораторияда келечектүү көрүнгөн бир катар кызыктуу сценарийлерди ойлоп табышты.Бирок Оливетти жана Хуанг климаттын өзгөрүшүнүн актуалдуулугун эске алганда, кошумча практикалык ой жүгүртүү маанилүү болушу мүмкүн деп эсептешет.Биз изилдөөчүлөр лабораторияда мүмкүн болгон материалдарды жана процесстерди баалоо үчүн ар дайым метрикага ээбиз, дейт Оливетти.Мисалдар энергияны сактоо сыйымдуулугун жана заряд/разрядды камтышы мүмкүн.Бирок, эгерде максат ишке ашыруу болсо, анда биз тез масштабдоо үчүн потенциалды караган метрикаларды кошууну сунуштайбыз.
Материалдар жана жеткиликтүүлүк
Катуу органикалык эмес электролиттер дүйнөсүндө материалдын эки негизги түрү бар - кычкылтекти камтыган оксиддер жана күкүрттү камтыган сульфиддер.Тантал калай менен ниобийди казып алуунун кошумча продуктусу катары өндүрүлөт.Тарыхый маалыматтар танталдын өндүрүшү калай менен ниобийди казып алууда германийге караганда потенциалдуу максимумга жакын экенин көрсөтүп турат.Ошондуктан танталдын болушу LLZO негизиндеги клеткалардын масштабын көбөйтүү үчүн көбүрөөк тынчсыздануу жаратат.
Бирок, жерде бир элементтин бар экенин билүү, аны өндүрүүчүлөрдүн колуна алуу үчүн зарыл болгон кадамдарды чечпейт.Ошондуктан изилдөөчүлөр негизги элементтердин - тоо-кен казып алуу, кайра иштетүү, кайра иштетүү, ташуу ж.б.у.с. жеткирүү чынжырына байланыштуу кийинки суроону изилдешти. Заттын мол болушуна байланыштуу, бул материалдарды жеткирүү чынжырын тездик менен кеңейтүү мүмкүнбү? батарейкалар үчүн суроо-талап?
Үлгү анализинде алар 2030-жылга чейин электр унааларынын болжолдонгон паркын батарейка менен камсыз кылуу үчүн германий жана тантал менен камсыз кылуу чынжырынын жыл сайын канчалык өсүшү керектигин карап чыгышты.Мисал катары, көбүнчө 2030-жылга максат катары айтылган электр унааларынын паркы жалпысынан 100 гигаватт саат энергия менен камсыз кылуу үчүн жетиштүү батарейкаларды чыгарышы керек.Бул максатка жетүү үчүн, LGPS батарейкаларын гана колдонуу менен, германий жеткирүү чынжырчасы жылына 50% га өсүшү керек, анткени максималдуу өсүү темпи мурда 7% тегерегинде болгон.LLZO клеткаларын гана колдонуу менен, тантал үчүн жеткирүү чынжырчасы болжол менен 30% га өсүшү керек - өсүү темпи тарыхый максимумдан 10% жогору.
Бул мисалдар ар кандай катуу электролиттердин масштабын жогорулатуу потенциалын баалоодо материалдын жеткиликтүүлүгүн жана жеткирүү чынжырын эске алуунун маанилүүлүгүн көрсөтөт, дейт Хуан: Германий сыяктуу бир материалдын саны маселе болбосо да, бардыгын масштабдоо. Келечектеги электр унааларынын өндүрүшүнө дал келүү үчүн жеткирүү чынжырындагы кадамдар дээрлик болуп көрбөгөндөй өсүш темпин талап кылышы мүмкүн.
Материалдар жана кайра иштетүү
Батареянын дизайнынын масштабдуу потенциалын баалоодо эске алынуучу дагы бир фактор - бул өндүрүш процессинин татаалдыгы жана анын наркына тийгизген таасири.Катуу абалдагы аккумуляторду өндүрүүдө сөзсүз түрдө көптөгөн кадамдар бар жана кандайдыр бир кадамдын аткарылбай калышы ар бир ийгиликтүү өндүрүлгөн клетканын баасын жогорулатат.
Өндүрүштүк кыйынчылыктардын проксиси катары Оливетти, Седер жана Хуанг бузулуу ылдамдыгынын алардын маалымат базасында тандалган катуу абалдагы батарея конструкцияларынын жалпы наркына тийгизген таасирин изилдешти.Бир мисалда алар LLZO оксидине көңүл бурушкан.LLZO өтө морт жана жогорку эффективдүү катуу абалдагы батарейкаларда колдонула тургандай жука чоң барактары өндүрүш процессине катышкан жогорку температурада жарака кетиши же кыйшайып кетиши ыктымал.
Мындай мүчүлүштүктөрдүн чыгымдык кесепеттерин аныктоо үчүн алар LLZO клеткаларын чогултууга катышкан төрт негизги иштетүү кадамын окшоштурушту.Ар бир кадамда алар болжолдонгон түшүмдүн, башкача айтканда, ийгиликсиз иштетилген жалпы клеткалардын үлүшүнүн негизинде чыгымды эсептеп чыгышкан.LLZO үчүн түшүм алар изилдеген башка конструкцияларга караганда бир топ төмөн болгон;андан тышкары, түшүм азайган сайын, клетка энергиясынын бир киловатт-саатына (кВт.саат) өздүк наркы бир топ жогорулады.Мисалы, акыркы катодду жылытуу баскычына 5% көбүрөөк клеткалар кошулганда, өздүк наркы болжол менен $30/кВт саатка көбөйдү - мындай клеткалар үчүн жалпы кабыл алынган максаттуу наркы $100/кВт саат экенин эске алганда, анча чоң эмес өзгөрүү.Албетте, өндүрүштөгү кыйынчылыктар долбоордун масштабдуу кабыл алынышынын максатка ылайыктуулугуна терең таасирин тийгизиши мүмкүн.
Посттун убактысы: 09-09-2022