Nuacht Tionscail

Cuidíonn “Athair Bunaithe” Cadhnraí Litiam-Ian le Fadhb Dhéanmhar 40 Bliain lena aireagán a Réiteach

2021-12-18

D’úsáid an ‘Athar Bunaitheach’ de chadhnraí litiam-ian neodrón SNS chun ábhar catóide brataithe (gorm) a dheimhniú le ocsaíd niobium saor ó litiam (glas éadrom) go mór le caillteanas acmhainne an chéad timthriall a laghdú agus cumas fadtéarmach feabhsaithe. Creidmheas: Jill Hemman/ORNL

 

Go déanach sna 1970idí, ba é M. Stanley Whittingham an chéad duine a chuir síos ar choincheap na gcadhnraí litiam-ian in-athluchtaithe, éacht a roinnfeadh sé Duais Nobel sa Cheimic 2019 as. Ach ní fhéadfadh sé a bheith ag súil leis na dúshláin chasta eolaíocht na n-ábhar a thiocfadh chun cinn de réir mar a tháinig na cadhnraí seo i gcumhacht le leictreonaic iniompartha an domhain.

 

Fadhb theicniúil leanúnach amháin is ea, gach uair a shuiteáiltear ceallraí litiam-ian nua i bhfeiste, go gcailltear suas le thart ar aon chúigiú dá chumas fuinnimh sular féidir an gléas a athluchtú den chéad uair. Tá sé sin fíor cibé an bhfuil an ceallraí suiteáilte i ríomhaire glúine, ceamara, uaireadóir, nó fiú i bhfeithicil nua leictreach.

 

Is í an chúis ná neamhíonachtaí a fhoirmíonn ar an taobh dearfach (+) de cheallraí trína ndéantar a fhuinneamh stóráilte a urscaoileadh ar na catóidí nicil-saibhir.

 

Chun teacht ar bhealach chun an acmhainn caillte a choinneáil, bhí Whittingham i gceannas ar ghrúpa taighdeoirí a chuimsigh a chomhghleacaithe ó Ollscoil Stáit Nua-Eabhrac ag Binghamton (SUNY Binghamton) agus eolaithe ag Brookhaven na Roinne Fuinnimh. (BNL) agus Saotharlanna Náisiúnta Oak Ridge (ORNL). D’úsáid an fhoireann x-ghathanna agus neodrón chun a thástáil an mbeadh cadhnra a mhairfidh níos faide mar thoradh ar chóireáil ábhar catóide ceannasach – ábhar cisealach nicil-mangainéise-cóbalt ar a dtugtar NMC 811” le hocsaíd niaibiam saor ó litiam.

 

Tá torthaí an staidéir, âCad é Ról Nb i gCatóidí Ocsaíd Sraithe Saibhir Nicil le haghaidh Cadhnraí Litiam-Ian?â le feiceáil i Litreacha Fuinnimh ACS.

“Thástáil muid NMC 811 ar ábhar catóide cisealach ocsaíd tar éis a thuar go gcruthódh an ocsaíd niobium saor ó litiam sciath ocsaíd niobium litiam nana-chruthach ar an dromchla a sheolfadh iain litiam agus a ligfeadh dóibh dul isteach san ábhar catóide,â a dúirt Whittingham, atá anois ina ollamh le SUNY agus ina stiúrthóir ar an Ionad Oirthuaisceart um Stóráil Fuinnimh Ceimiceach (NECCES), Ionad Taighde Teorainneacha Fuinnimh DOE faoi stiúir SUNY Binghamton.

 

Tá cathóidí ag cadhnraí litiam atá déanta as sraitheanna malartacha d'ábhair litiam agus ocsaíd nicil-saibhir (comhdhúile ceimiceacha ina bhfuil adamh ocsaigine amháin ar a laghad), toisc go bhfuil nicil sách saor agus cabhraíonn sé le dlús fuinnimh níos airde agus cumas stórála níos mó a sheachadadh ar chostas níos ísle ná miotail eile.

 

Ach tá an nicil i gcatóidí sách éagobhsaí agus mar sin imoibríonn sé go héasca le heilimintí eile, rud a fhágann an dromchla catóide clúdaithe le neamhíonachtaí neamh-inmhianaithe a laghdaíonn toilleadh stórála na ceallraí 10-18% le linn a chéad timthriall urscaoilte muirir. Is féidir le nicil a bheith ina chúis le éagobhsaíocht freisin ar an taobh istigh den struchtúr catóide, rud a laghdaíonn tuilleadh an toilleadh stórála thar thréimhsí fada muirir agus urscaoilte.


Chun tuiscint a fháil ar an gcaoi a dtéann an niobium i bhfeidhm ar ábhair chatóide nicil-saibhir, rinne na heolaithe staidéir díraonta púdar neodrón ag an diffractometer ábhair innealtóireachta VULCAN ag Foinse Neodrón Spallaithe (SNS) ORNL. Thomhais siad patrúin díraonta neodrón i samplaí íona NMC 811 agus niobium-athraithe.

 

“Chuir neodróin isteach go héasca ar an ábhar catóide chun a thaispeáint cá raibh na hadaimh niobium agus litiam suite, rud a thug tuiscint níos fearr ar an gcaoi a n-oibríonn an próiseas modhnú niobium,” a dúirt Hui Zhou, bainisteoir áis ceallraí ag NECCES. • Tugann na sonraí scaipthe neodrón le fios go ndéanann na hadaimh niobium an dromchla a chobhsú chun caillteanas an chéad timthrialla a laghdú, agus ag teochtaí níos airde díláithríonn na hadaimh niobium cuid de na hadaimh mhangainéise níos doimhne laistigh den ábhar catóide chun coinneáil acmhainne fadtéarmach a fheabhsú.â

 

Léirigh torthaí an turgnaimh laghdú ar chaillteanas acmhainne an chéad timthriall agus coinneáil acmhainne fadtéarmach feabhsaithe de níos mó ná 93 faoin gcéad thar 250 timthriall muirear-urscaoilte.

 

“De bharr na bhfeabhsuithe a fheictear ar fheidhmíocht leictriceimiceach agus ar chobhsaíocht struchtúrach, is iarrthóir é NMC 811 atá modhnaithe niobium mar ábhar catóide le húsáid in feidhmeanna dlús fuinnimh níos airde, amhail feithiclí leictreacha,” a dúirt Whittingham. â D'fhéadfadh gur bealach níos fearr é sciath niobium a chomhcheangal agus adamh niobium a chur in ionad adaimh mhangainéise chun cumas tosaigh agus coinneáil acmhainne fadtéarmach a mhéadú. Is féidir na mionathruithe seo a mhéadú go héasca trí úsáid a bhaint as na próisis déantúsaíochta ilchéime atá ann faoi láthair d’ábhair NMC.

 

Dúirt Whittingham go dtacaíonn an taighde le cuspóirí Chonradh na GaeilgeCuibhreannas Battery500, clár il-institiúide atá á stiúradh ag Saotharlann Náisiúnta an Aigéin Chiúin Thiar Thuaidh d'Oifig an DOE um Éifeachtúlacht Fuinnimh agus Fuinneamh In-athnuaite. Tá an clár ag obair chun cealla ceallraí litiam-miotail den chéad ghlúin eile a fhorbairt a sheachadann suas le huaireanta 500 vata in aghaidh an chileagraim i gcomparáid leis an meán reatha de thart ar 220 vata in aghaidh an chileagraim.

 

Tagairt: âCad é Ról Nb i gCatóidí Ocsaíd Chisealacha Nicil-Saibhir le haghaidh Cadhnraí Litiam-Ian? , Ben Pei, Anshika Goel, Jatinkumar Rana, Feng Wang, Ke An, Louis F. J. Piper, Guangwen Zhou agus M. Stanley Whittingham, 18 Márta 2021, ACS Energy Letters.
DOI: 10.1021/acsenergylett.1c00190

 

Thacaigh Oifig an DOE um Éifeachtúlacht Fuinnimh agus Fuinneamh In-athnuaite, Oifig Teicneolaíochtaí Feithicle, leis an taighde, agus baineadh úsáid as acmhainní ag Foinse Solais Synchrotron Náisiúnta II (NSLS-II) BNL agus ag Foinse Neodrón Spallaithe ORNL.

 

Is áiseanna úsáideoirí Oifig Eolaíochta an DOE iad SNS agus NSLS-II. Bainistíonn UT-Battelle LLC ORNL don Oifig Eolaíochta DOE. Is í an Oifig Eolaíochta an duine is mó a thacaíonn le taighde bunúsach sna heolaíochtaí fisiceacha sna Stáit Aontaithe agus tá sí ag obair chun dul i ngleic le cuid de na dúshláin is práinní dár gcuid ama.