Nuacht Tionscail

D'fhéadfadh leictrilítí plaisteacha sínte dearadh nua ceallraí litiam-ian a chumasú

2022-04-24

Le Josh Brown, Institiúid Teicneolaíochta Georgia



Tá méadú ag teacht ar an éileamh atá ar chadhnraí litiam-ian le blianta beaga anuas tar éis brú a chur ar sholáthar cóbalt agus nicil an domhain, dhá mhiotal atá mar chuid lárnach de dhearaí reatha ceallraí agus tá praghsanna seolta ag ardú.

D'fhonn dearadh malartach a fhorbairt do chadhnraí litiam-bhunaithe le níos lú ag brath ar na miotail tearca sin, tá taighdeoirí ag Institiúid Teicneolaíochta Georgia tar éis córas nua gealltanais catóide agus leictrilít a fhorbairt a chuireann fluairíd miotail aistrithe costas níos ísle in ionad miotail daor agus leictrilít leachtach traidisiúnta. agus leictrilít soladach polaiméire.

"Tá fadhbanna cobhsaíochta agus teip tapa léirithe ag leictreoidí déanta as fluairíd miotail aistrithe le fada, rud a d'fhág go raibh amhras suntasach ann faoina gcumas a úsáid i gcadhnraí an chéad ghlúin eile," a dúirt Gleb Yushin, ollamh i Scoil Eolaíochta agus Innealtóireachta Ábhair Georgia Tech. "Ach léirigh muid, nuair a úsáidtear iad le leictrilít polaiméire soladach, go léiríonn na fluairíd miotail cobhsaíocht iontach - fiú ag teochtaí níos airde - a d'fhéadfadh cadhnraí litiam-ian níos sábháilte, níos éadroime agus níos saoire a bheith mar thoradh ar deireadh thiar."

I gceallraí tipiciúla litiam-ian, scaoiltear fuinneamh le linn aistriú na n-ian litiam idir dhá leictreoid anóid agus catóide, le catóide comhdhéanta de ghnáth litiam agus miotail trasdula mar chóbalt, nicil agus mangainéis. Sreabhann na hiain idir na leictreoidí trí leictrilít leachtach.

Maidir leis an staidéar, a foilsíodh 9 Meán Fómhair san iris Nature Materials agus urraithe ag Oifig Taighde an Airm, rinne an fhoireann taighde cineál nua catóide ó ábhar gníomhach fluairíd iarainn agus nana-chomhchodacha leictrilít polaiméire soladach. Tá níos mó ná dhá oiread toilleadh litiam na gcatóidí cóbalt-bhunaithe traidisiúnta nó nicil-bhunaithe ag fluairíd iarainn. Ina theannta sin, tá iarann ​​300 uair níos saoire ná cóbalt agus 150 uair níos saoire ná nicil.

Chun catóide den sórt sin a tháirgeadh, d'fhorbair na taighdeoirí próiseas chun leictrilít soladach polaiméire a infilt isteach sa leictreoid fluairíd iarainn réamhdhéanta. Ansin brú siad an struchtúr iomlán chun dlús a mhéadú agus aon fholús a laghdú.


Dhá ghné lárnach den leictrilít polaiméire-bhunaithe is ea a chumas flexiú agus freastal ar at na fluairíde iarainn le linn rothaíochta agus a chumas idirphase an-chobhsaí agus solúbtha a dhéanamh le fluairíd iarainn. Go traidisiúnta, bhí an t-at agus na frithghníomhartha taobh ollmhóra sin ina bpríomhfhadhbanna maidir le fluairíd iarainn a úsáid i ndearaí ceallraí roimhe seo.

"Tá poitéinseal ollmhór ag caitóidí déanta as fluairíd iarainn mar gheall ar a n-acmhainn ard, costais ábhar íseal agus infhaighteacht an-leathan iarainn," a dúirt Yushin. "Ach tá na hathruithe toirte le linn rothaíochta chomh maith le frithghníomhartha taobh seadánacha le leictreailítí leachtacha agus saincheisteanna díghrádaithe eile tar éis teorainn a chur lena n-úsáid roimhe seo. Réitíonn úsáid leictrilít soladach le hairíonna leaisteacha go leor de na fadhbanna seo."

Rinne na taighdeoirí tástáil ansin ar roinnt athruithe ar na cadhnraí nua soladach-staid chun anailís a dhéanamh ar a bhfeidhmíocht thar níos mó ná 300 timthriall de mhuirearú agus de scaoileadh ag teocht ardaithe de 122 céim Fahrenheit, ag tabhairt faoi deara gur sháraigh siad dearaí roimhe seo ag baint úsáide as fluairíd miotail fiú nuair a coinníodh iad seo fionnuar ag teocht an tseomra.

Chinn na taighdeoirí gurb é an leictrilít polaiméire soladach an eochair don fheidhmíocht fheabhsaithe ceallraí. In iarrachtaí roimhe seo chun fluairíd miotail a úsáid, creideadh go ndeachaigh iain mhiotalacha ar imirce go dromchla an chatóid agus ar deireadh thiar iad a thuaslagadh isteach sa leictrilít leachtach, rud a fhágann caillteanas acmhainne, go háirithe ag teochtaí ardaithe. Ina theannta sin, rinne fluairíd miotail catalú ar dhianscaoileadh ollmhór leictrilítí leachtacha nuair a bhí cealla ag feidhmiú os cionn 100 céim Fahrenheit. Mar sin féin, ag an nasc idir an leictrilít soladach agus an catóide, ní tharlaíonn a leithéid de thuaslagadh agus tá an leictrilít soladach fós thar a bheith cobhsaí, rud a chuireann cosc ​​ar dhíghrádú den sórt sin, scríobh na taighdeoirí.

"Bhí an leictrilít polaiméire a d'úsáideamar an-choitianta, ach ba cheart go mbeadh go leor leictrilítí soladacha eile agus ailtireachtaí ceallraí nó leictreoid eile - mar morphologies cáithníní croí-bhlaosca" in ann frithghníomhartha taobh seadánacha a mhaolú go suntasach nó fiú a chosc go hiomlán agus feidhmíocht chobhsaí a bhaint amach. tréithe," a dúirt Kostiantyn Turcheniuk, eolaí taighde i saotharlann Yushin agus comh-údar na lámhscríbhinne.

Sa todhchaí, tá sé mar aidhm ag na taighdeoirí leictrilítí soladacha nua agus feabhsaithe a fhorbairt chun muirearú tapa a chumasú agus freisin leictrilítí soladacha agus leachtacha a chomhcheangal i ndearaí nua atá ag luí go hiomlán le teicneolaíochtaí déantúsaíochta ceall traidisiúnta atá fostaithe i monarchana móra ceallraí.