Kabutuhan urgent pikeun ngurangan émisi karbon nyaéta nyetir move gancang nuju electrifying angkutan jeung dilegakeun deployment tanaga surya sarta angin dina grid nu. Upami tren ieu ningkat sapertos anu diharapkeun, kabutuhan metode anu langkung saé pikeun nyimpen énérgi listrik bakal ningkat.
Urang kudu sagala strategi bisa meunang ka alamat anceman perubahan iklim, nyebutkeun Dr Elsa Olivetti, profesor gaul élmu bahan jeung rékayasa di Esther na Harold E. Edgerton. Jelas, pamekaran téknologi panyimpen masal dumasar grid penting pisan. Tapi pikeun aplikasi sélulér - khususna transportasi - seueur panalungtikan anu difokuskeun kana adaptasi jaman ayeunabatré litium-ionjanten langkung aman, langkung alit sareng tiasa nyimpen langkung énergi pikeun ukuran sareng beuratna.
Batré litium-ion konvensional terus ningkat, tapi watesanana tetep, sabagéan kusabab strukturna.Batré litium-ion diwangun ku dua éléktroda, hiji positip sareng hiji négatif, diapit dina cairan organik (ngandung karbon). Nalika batréna dieusi tur discharged, muatan partikel litium (atawa ion) dialirkeun ti hiji éléktroda ka séjén ngaliwatan éléktrolit cair.
Salah sahiji masalah dina desain ieu nyaéta dina voltase sareng suhu anu tangtu, éléktrolit cair tiasa janten volatile sareng seuneu. Batré umumna aman dina pamakean normal, tapi résiko tetep, saur Dr Kevin Huang Ph.D.'15, élmuwan panalungtikan di grup Olivetti.
Masalah sanésna nyaéta batré litium-ion henteu cocog pikeun dianggo dina mobil. Bungkusan batré anu ageung sareng beurat nyéépkeun rohangan, ningkatkeun beurat kendaraan sareng ngirangan efisiensi bahan bakar. Tapi kabuktian hésé nyieun batré litium-ion kiwari leuwih leutik sarta torek bari ngajaga kapadetan énergi maranéhanana - jumlah énergi disimpen per gram beurat.
Pikeun ngabéréskeun masalah ieu, panalungtik ngarobah fitur konci batré litium-ion pikeun nyieun versi sagala-padet, atawa solid-state. Aranjeunna ngagentos éléktrolit cair di tengah sareng éléktrolit padet ipis anu stabil dina sajumlah tegangan sareng suhu. Kalayan éléktrolit padet ieu, aranjeunna nganggo éléktroda positip berkapasitas tinggi sareng éléktroda négatip logam litium kapasitas luhur anu kirang kandel tibatan lapisan karbon porous biasa. Parobahan ieu ngamungkinkeun sél sakabéh leuwih leutik bari ngajaga kapasitas neundeun énergi na, hasilna kapadetan énergi nu leuwih luhur.
Fitur ieu - kaamanan ditingkatkeun sareng dénsitas énergi anu langkung ageung- Panginten mangrupikeun dua kauntungan anu paling sering disebatkeun tina batré solid-state poténsial, tapi sadaya hal ieu dipayunkeun sareng dipiharep, sareng henteu kedah tiasa dicapai. Sanajan kitu, kamungkinan ieu geus loba peneliti scrambling pikeun manggihan bahan jeung desain anu bakal nganteurkeun kana jangji ieu.
Pikiran saluareun laboratorium
Peneliti geus datang nepi ka sababaraha skénario intriguing nu kasampak ngajangjikeun di laboratorium. Tapi Olivetti sareng Huang yakin yén tinangtu tangtangan tangtangan perubahan iklim, pertimbangan praktis tambahan tiasa penting. Urang peneliti salawasna mibanda metrics di lab pikeun evaluate mungkin bahan jeung prosés, nyebutkeun Olivetti. Conto tiasa kalebet kapasitas panyimpen énérgi sareng tingkat ngecas/discharge. Tapi upami tujuanna nyaéta palaksanaan, kami nyarankeun pikeun nambihan métrik anu sacara khusus ngabéréskeun poténsi pikeun skala gancang.
Bahan jeung kasadiaan
Di dunya éléktrolit anorganik padet, aya dua jinis bahan utama - oksida anu ngandung oksigén sareng sulfida anu ngandung walirang. Tantalum dihasilkeun salaku hasil sampingan tina pertambangan timah sareng niobium. Data sajarah nunjukkeun yén produksi tantalum langkung caket kana poténsi maksimal tibatan germanium nalika pertambangan timah sareng niobium. Ku kituna kasadiaan tantalum janten perhatian anu langkung ageung pikeun kamungkinan skala sél dumasar LLZO.
Nanging, terang kasadiaan unsur dina taneuh henteu ngabéréskeun léngkah-léngkah anu dipikabutuh pikeun kéngingkeun kana panangan produsén. Ku alatan éta, panalungtik nalungtik patarosan nurutan-on ngeunaan ranté suplai elemen konci - pertambangan, ngolah, pemurnian, transporting, jsb Asumsina aya hiji suplai loba pisan, bisa ranté suplai pikeun delivering bahan ieu bisa dimekarkeun cukup gancang pikeun minuhan tumuwuhna. paménta pikeun accu?
Dina analisa sampel, aranjeunna ningal sabaraha ranté suplai pikeun germanium sareng tantalum kedah ningkat taun-taun pikeun nyayogikeun batré pikeun armada kendaraan listrik 2030. Salaku conto, hiji armada kandaraan listrik, mindeng dicutat salaku udagan pikeun 2030, bakal perlu ngahasilkeun accu cukup pikeun nyadiakeun total 100 gigawatt jam énergi. Pikeun ngahontal tujuan ieu, ngan ukur nganggo batré LGPS, ranté pasokan germanium kedah ningkat ku 50% taun-taun - sakedap, sabab tingkat pertumbuhan maksimalna sakitar 7% baheula. Ngan nganggo sél LLZO, ranté suplai pikeun tantalum kedah ningkat sakitar 30% - tingkat pertumbuhan langkung luhur tina maksimal sajarahna sakitar 10%.
Conto ieu nunjukkeun pentingna mertimbangkeun kasadiaan bahan sareng ranté suplai nalika ngira-ngira poténsi skala éléktrolit padet anu béda, saur Huang: Sanaos kuantitas bahan henteu janten masalah, sapertos dina kasus germanium, skala sadayana Léngkah-léngkah dina ranté suplai pikeun cocog sareng produksi kandaraan listrik anu bakal datang tiasa meryogikeun tingkat pertumbuhan anu ampir teu pernah aya.
Bahan jeung ngolah
Faktor séjén anu kedah dipertimbangkeun nalika ngira-ngira poténsi skalabilitas desain batré nyaéta kasusah tina prosés manufaktur sareng dampakna kana biaya. Aya inevitably loba léngkah aub dina pembuatan batré solid-state, sarta gagalna sagala hambalan ngaronjatkeun biaya unggal sél hasil dihasilkeun.
Salaku proksi pikeun kasusah manufaktur, Olivetti, Ceder sareng Huang ngajajah dampak tingkat gagalna dina total biaya desain batré solid-state anu dipilih dina pangkalan datana. Dina hiji conto, aranjeunna museurkeun kana LLZO oksida. LLZO rapuh pisan sareng lambaran ageung cukup ipis pikeun dianggo dina batré kaayaan padet anu berkinerja tinggi kamungkinan rengat atanapi ngagulung dina suhu anu luhur dina prosés manufaktur.
Pikeun nangtukeun implikasi biaya kagagalan sapertos kitu, aranjeunna simulasi opat léngkah pamrosésan konci dina assembling sél LLZO. Dina unggal léngkah, aranjeunna ngitung biaya dumasar kana hasil anu dianggap, nyaéta proporsi jumlah sél anu suksés diolah tanpa gagal. Pikeun LLZO, ngahasilkeun éta leuwih handap pikeun desain séjén maranéhna diajar; komo deui, salaku ngahasilkeun turun, biaya per kilowatt-jam (kWh) énergi sél ngaronjat sacara signifikan. Contona, nalika 5% leuwih sél ditambahkeun kana hambalan pemanasan katoda ahir, biaya ngaronjat ku ngeunaan $30/kWh - parobahan negligible tempo yén umumna ditarima biaya target pikeun sél misalna nyaéta $100/kWh. Jelas, kasulitan manufaktur tiasa gaduh dampak anu ageung dina kamungkinan panerapan desain skala ageung.
waktos pos: Sep-09-2022