Углерод чыгаруны киметүнең ашыгыч ихтыяҗы транспортны электрлаштыруга һәм кояш һәм җил энергиясен челтәрдә урнаштыруны киңәйтүгә этәргеч бирә. Әгәр дә бу тенденцияләр көтелгәнчә көчәя икән, электр энергиясен саклауның яхшырак ысулларына ихтыяҗ көчәячәк.
Безгә климат үзгәрү куркынычын җиңәр өчен барлык стратегияләр кирәк, ди Эльза һәм Харольд Э. Эдгертон материаллар һәм техника доценты Эльза Оливетти. Билгеле, челтәр нигезендә масса саклау технологияләрен үстерү бик мөһим. Ләкин мобиль кушымталар өчен - аеруча транспорт - күп тикшеренүләр бүгенге көнгә яраклашуга юнәлтелгәнлитий-ион батареяларыкуркынычсызрак, кечерәк һәм зурлыгы һәм авырлыгы өчен күбрәк энергия саклый белү.
Гадәттәге литий-ион батареялары яхшыруны дәвам итәләр, ләкин чикләүләре өлешчә структурасы аркасында кала.Литий-ион батарейкалары ике электродтан тора, берсе уңай һәм берсе тискәре, органик (углеродлы) сыеклыкта сандугачланган. Батарейка зарядланган һәм җибәрелгәндә, зарядлы литий кисәкчәләре (яки ионнары) бер электродтан икенчесенә сыек электролит аша узалар.
Бу дизайндагы бер проблема - билгеле көчәнешләрдә һәм температураларда сыек электролит үзгәрүчән булырга һәм ут тотарга мөмкин. Оливетти төркемендәге тикшеренү галиме доктор Кевин Хуанг әйтүенчә, батарейкалар гадәттә гадәти шартларда куркынычсыз, ләкин куркыныч кала.
Тагын бер проблема - литий-ион батарейкалары машиналарда куллану өчен яраксыз. Зур, авыр батарея пакетлары урын ала, машинаның гомуми авырлыгын арттыра һәм ягулык нәтиҗәлелеген киметә. Ләкин бүгенге литий-ион батарейкаларын кечерәк һәм җиңелрәк итү авыр, аларның энергия тыгызлыгын саклап калу - бер грамм авырлыкта сакланган энергия күләме.
Бу проблемаларны чишү өчен, тикшерүчеләр литий-ион аккумуляторларының төп үзенчәлекләрен үзгәртәләр, каты, яки каты торышлы версия булдыру өчен. Алар уртадагы сыек электролитны киң вольт һәм температура буенча тотрыклы нечкә каты электролит белән алыштыралар. Бу каты электролит белән алар югары сыйдырышлы уңай электрод һәм югары сыйдырышлы литий металл тискәре электрод кулландылар, бу гадәти күзәнәк углерод катламына караганда калынрак иде. Бу үзгәрешләр гомуми күзәнәккә күпкә кечерәк мөмкинлек бирә, шул ук вакытта энергия саклау сыйфатын саклый, нәтиҗәдә энергия тыгызлыгы зуррак.
Бу үзенчәлекләр - көчәйтелгән куркынычсызлык һәм зур энергия тыгызлыгы- мөгаен, каты каты дәүләт батарейкаларының иң еш очрый торган файдасыдыр, ләкин боларның барысы да алга каралган һәм өметләнгән, һәм ирешеп булмый. Шуңа да карамастан, бу мөмкинлек күп тикшерүчеләргә бу вәгъдәгә китерәчәк материаллар һәм конструкцияләр табарга тырыша.
Лабораториядән тыш уйлау
Тикшерүчеләр лабораториядә өметле булып күренгән берничә кызыклы сценарий уйлап таптылар. Ләкин Оливетти һәм Хуанг климат үзгәрүенең актуальлеген исәпкә алып, өстәмә практик уйланулар мөһим булырга мөмкин дип саныйлар. Оливетти әйтә, без тикшерүчеләр лабораториядә мөмкин булган материалларны һәм процессларны бәяләү өчен һәрвакыт метрикага ия. Мисалларга энергия саклау сыйфаты һәм корылма / агызу ставкалары керергә мөмкин. Ләкин максат тормышка ашырылса, без тиз масштаблау потенциалын ачыклаучы метрика өстәргә тәкъдим итәбез.
Материаллар һәм мөмкинлек
Каты органик булмаган электролитлар дөньясында ике төп материал бар - кислород булган оксидлар һәм күкерт булган сульфидлар. Тантал калай һәм ниобий казу продукты буларак җитештерелә. Тарихи мәгълүматлар шуны күрсәтә: тантал җитештерү калай һәм ниобий казу вакытында германийныкына караганда потенциаль максимумга якынрак. Танталның булуы LLZO нигезендәге күзәнәкләрнең масштабларын киңәйтү өчен зуррак борчылу.
Ләкин, җирдә элементның булуын белү аны җитештерүчеләр кулына алу өчен кирәкле адымнарны чишә алмый. Шуңа күрә тикшерүчеләр төп элементлар чылбыры - казу, эшкәртү, эшкәртү, ташу һ.б. турындагы чираттагы сорауны тикшерделәр, тәэмин итү мул булуын чамалап, бу материалларны китерү өчен тәэмин итү чылбыры тиз арада киңәйтелергә мөмкинме? батареяларга сорау?
Analysisрнәк анализда алар германий һәм тантал белән тәэмин итү чылбырының елдан-ел үсәргә тиешлеген карадылар, планлаштырылган 2030 электр машиналары паркы өчен батареялар белән тәэмин итү. Мисал өчен, 2030-нчы елда максат итеп китерелгән электр машиналары паркы барлыгы 100 гигаватт энергия белән тәэмин итәр өчен җитәрлек батарея җитештерергә тиеш. Бу максатка ирешү өчен, LGPS батарейкаларын гына кулланып, германий тәэмин итү чылбыры елдан-ел 50% үсәргә тиеш - сузылу, чөнки максималь үсеш темплары элек 7% тирәсе иде. LLZO күзәнәкләрен генә кулланып, тантал белән тәэмин итү чылбыры 30% тирәсе үсәргә тиеш - үсеш темплары тарихи максимумнан 10% ка артыграк.
Бу мисаллар төрле каты электролитларның масштаб потенциалын бәяләгәндә материаль мөмкинлекне һәм тәэмин итү чылбырын исәпкә алу мөһимлеген күрсәтәләр, Хуанг әйтә: Материал саны проблема булмаса да, германийдагы кебек, барысын да масштаблау. Киләчәк электр машиналары җитештерүгә туры килү өчен тәэмин итү чылбырындагы адымнар моңарчы күрелмәгән үсеш темпларын таләп итә ала.
Материаллар һәм эшкәртү
Батарейка дизайнының масштаблылык потенциалын бәяләгәндә тагын бер фактор - җитештерү процессының кыенлыгы һәм аның бәягә йогынтысы. Каты дәүләт батареясы җитештерүдә котылгысыз күп адымнар бар, һәм бер адымның уңышсызлыгы һәр уңышлы җитештерелгән күзәнәкнең бәясен арттыра.
Manufacturingитештерү кыенлыгы өчен прокси буларак, Оливетти, Седер һәм Хуанг уңышсызлык ставкасының үз базасында сайланган каты дәүләт батарея конструкцияләренең гомуми бәясенә тәэсирен өйрәнделәр. Бер мисалда алар LLZO оксидына игътибар иттеләр. LLZO бик ватык һәм зур эшләнмәләр, югары җитештерүчән каты дәүләт батарейкаларында кулланырлык дәрәҗәдә нечкә, җитештерү процессында катнашкан югары температурада ярылырга мөмкин.
Мондый уңышсызлыкларның бәя нәтиҗәләрен ачыклау өчен, алар LLZO күзәнәкләрен җыюда катнашкан дүрт төп эшкәртү адымын симуляцияләделәр. Eachәр адымда алар бәяне фаразланган уңыш нигезендә исәпләделәр, ягъни уңышсыз эшкәртелгән гомуми күзәнәкләр өлеше. LLZO өчен уңыш алар өйрәнгән бүтән конструкцияләргә караганда күпкә түбән иде. өстәвенә, уңыш кимегәндә, киловатт-сәгатькә (кВт) күзәнәк энергиясенең бәясе сизелерлек артты. Мәсәлән, соңгы катод җылыту адымына 5% күбрәк күзәнәкләр кушылгач, бәясе якынча 30 $ / кВт / сәгатькә артты - андый күзәнәкләр өчен гомуми кабул ителгән максат бәясе 100 $ / кВт.с. Билгеле, җитештерү кыенлыклары дизайнны масштаблы кабул итү мөмкинлегенә зур йогынты ясарга мөмкин.
Пост вакыты: 09-2022 сентябрь