Bezwen ijan pou redwi emisyon kabòn ap mennen yon mouvman rapid nan direksyon pou elèktrize transpò ak agrandi deplwaman enèji solè ak van sou griy la.Si tandans sa yo ogmante jan yo espere, bezwen an pou pi bon metòd pou estoke enèji elektrik ap entansifye.
Nou bezwen tout estrateji nou ka jwenn pou abòde menas chanjman klimatik la, di Dr Elsa Olivetti, yon pwofesè asosye nan syans materyèl ak jeni nan Esther ak Harold E. Edgerton.Klèman, devlopman teknoloji depo mas ki baze sou kadriyaj enpòtan anpil.Men, pou aplikasyon mobil - espesyalman transpò - anpil rechèch konsantre sou adapte jodi apil ityòm-ionyo dwe pi an sekirite, pi piti epi yo kapab estoke plis enèji pou gwosè yo ak pwa yo.
Batri ityòm-ion konvansyonèl kontinye amelyore, men limit yo rete, an pati akòz estrikti yo.Batri ityòm-ion konpoze de de elektwòd, youn pozitif ak yon negatif, sandwitch nan yon likid òganik (ki gen kabòn).Lè batri a chaje ak egzeyate, patikil ityòm chaje (oswa iyon) yo pase soti nan yon elektwòd nan lòt la nan elektwolit likid la.
Yon pwoblèm ak konsepsyon sa a se ke nan sèten vòltaj ak tanperati, elektwolit likid la ka vin temèt ak pran dife.Batri yo jeneralman an sekirite anba itilizasyon nòmal, men risk la rete, di Dr Kevin Huang Ph.D.'15, yon syantis rechèch nan gwoup Olivetti a.
Yon lòt pwoblèm se ke pil ityòm-ion yo pa apwopriye pou itilize nan machin.Gwo, gwo pake batri pran espas, ogmante pwa an jeneral nan veyikil la epi redwi efikasite gaz.Men, li difisil pou fè pil ityòm-ion jodi a pi piti ak pi lejè pandan y ap kenbe dansite enèji yo - kantite enèji ki estoke pou chak gram pwa.
Pou rezoud pwoblèm sa yo, chèchè yo ap chanje karakteristik kle pil ityòm-ion yo pou kreye yon vèsyon tout solid oswa eta solid.Yo ranplase elektwolit likid la nan mitan an ak yon elektwolit solid mens ki estab sou yon pakèt vòltaj ak tanperati.Avèk elektwolit solid sa a, yo te itilize yon elektwòd segondè-kapasite pozitif ak yon gwo-kapasite ityòm metal elektwòd negatif ki te byen lwen mwens epè pase kouch abityèl kabòn ki pore.Chanjman sa yo pèmèt yon selil ki pi piti anpil pandan y ap kenbe kapasite depo enèji li yo, sa ki lakòz yon dansite enèji ki pi wo.
Karakteristik sa yo - amelyore sekirite ak pi gwo dansite enèji- se pwobableman de benefis ki pi souvan fè konnen nan potansyèl batri eta solid, men tout bagay sa yo ap gade pi devan epi yo espere, epi yo pa nesesèman reyalize.Men, posibilite sa a gen anpil chèchè k ap chèche jwenn materyèl ak desen ki pral respekte pwomès sa a.
Panse pi lwen pase laboratwa a
Chèchè yo te vini ak yon kantite senaryo entrigan ki sanble pwomèt nan laboratwa a.Men, Olivetti ak Huang kwè ke bay ijans nan defi chanjman nan klima, plis konsiderasyon pratik ka enpòtan.Nou chèchè toujou gen mezi nan laboratwa a pou evalye materyèl ak pwosesis posib, di Olivetti.Egzanp yo ka gen ladan kapasite depo enèji ak pousantaj chaj/egzeyat.Men, si objektif la se aplikasyon, nou sijere ajoute mezi ki espesyalman adrese potansyèl la pou eskalade rapid.
Materyèl ak disponiblite
Nan mond lan nan elektwolit solid inòganik, gen de kalite prensipal nan materyèl - oksid ki gen oksijèn ak sulfid ki gen souf.Tantal se pwodwi kòm yon by-pwodwi nan min la nan fèblan ak niobyòm.Done istorik yo montre ke pwodiksyon Tantal se pi pre maksimòm potansyèl pase sa yo ki nan germanium pandan min nan fèblan ak niobyòm.Se poutèt sa, disponiblite Tantal se yon pi gwo enkyetid pou posiblite ogmante selil ki baze sou LLZO.
Sepandan, konnen disponiblite a nan yon eleman nan tè a pa rezoud etap ki nesesè yo jwenn li nan men yo nan manifaktirè yo.Se poutèt sa, chèchè yo te envestige yon kesyon swivi sou chèn ekipman pou eleman kle yo - min, pwosesis, raffinage, transpò, elatriye. Sipoze gen yon rezèv abondan, èske chèn ekipman pou livrezon materyèl sa yo ka elaji ase byen vit pou satisfè kwasans lan. demann pou pil?
Nan yon analiz echantiyon, yo te gade konbyen chèn ekipman pou jèrmanyòm ak Tantal ta bezwen grandi ane apre ane pou bay pil pou flòt machin elektrik yo prevwa 2030 la.Kòm yon egzanp, yon flòt machin elektrik, souvan site kòm yon sib pou 2030, ta bezwen pwodwi ase pil pou bay yon total de 100 gigawatt èdtan nan enèji.Pou reyalize objektif sa a, lè l sèvi avèk pil LGPS sèlman, chèn ekipman pou germanium ta bezwen grandi pa 50% ane sou ane - yon detire, kòm to kwasans maksimòm lan te alantou 7% nan tan lontan an.Sèvi ak selil LLZO sèlman, chèn ekipman pou Tantal ta bezwen grandi nan anviwon 30% - yon to kwasans byen pi wo pase maksimòm istorik la anviwon 10%.
Egzanp sa yo montre enpòtans ki genyen nan konsidere disponiblite materyèl ak chèn ekipman pou lè yo evalye potansyèl la ogmante nan elektwolit solid diferan, di Huang: Menm si kantite a nan yon materyèl se pa yon pwoblèm, tankou nan ka a nan germanium, dekale moute tout. etap yo nan chèn ekipman pou matche ak pwodiksyon an nan machin elektrik nan lavni ka mande pou yon to kwasans ki se nòmalman san parèy.
Materyèl ak pwosesis
Yon lòt faktè pou konsidere lè evalye potansyèl évolutivité yon plan batri se difikilte pou pwosesis manifakti ak enpak li ka genyen sou pri.Gen inevitableman anpil etap ki enplike nan fabrikasyon yon batri eta solid, ak echèk nenpòt etap ogmante pri a nan chak selil ki pwodui avèk siksè.
Kòm yon prokurasyon pou difikilte pou fabrikasyon, Olivetti, Ceder ak Huang eksplore enpak to echèk la sou pri total chwazi desen batri eta solid nan baz done yo.Nan yon egzanp, yo konsantre sou oksid la LLZO.LLZO se trè frajil ak gwo fèy mens ase yo dwe itilize nan pèfòmans segondè batri eta solid gen chans rive nan krak oswa defòme nan tanperati ki wo ki enplike nan pwosesis fabrikasyon an.
Pou detèmine enplikasyon pri nan echèk sa yo, yo simulation kat etap pwosesis kle ki enplike nan rasanble selil LLZO yo.Nan chak etap, yo kalkile pri a ki baze sou yon sede sipoze, sa vle di pwopòsyon selil total ki te trete avèk siksè san echèk.Pou LLZO, sede a te pi ba anpil pase pou lòt desen yo etidye;nplis de sa, kòm sede a diminye, pri a pou chak kilowat-èdtan (kWh) nan enèji selil ogmante anpil.Pa egzanp, lè yo te ajoute 5% plis selil nan etap final chofaj katod la, pri a te ogmante pa apeprè $30/kWh - yon chanjman neglijab lè nou konsidere ke pri sib jeneralman aksepte pou selil sa yo se $100/kWh.Klèman, difikilte fabrikasyon yo ka gen yon enpak pwofon sou posibilite adopsyon gwo echèl konsepsyon an.
Tan pòs: Sep-09-2022