Nuacht Tionscail

Próiseas núíosach chun catóidí ardvoltais a tháirgeadh le haghaidh cadhnraí litiam-ian

2022-04-25

De réir Ollscoil Theicniúil München



Tá éileamh ar chumhacht ar shiúl: Dá airde an toilleadh ceallraí, is amhlaidh is mó raon na ngluaisteán leictreacha agus dá fhaide am oibriúcháin na bhfón póca agus na ríomhairí glúine. D'fhorbair an Dr Jennifer Ludwig ó Ollscoil Theicniúil München (TUM) próiseas a cheadaíonn táirgeadh tapa, simplí agus cost-éifeachtach d'ábhar catóide fosfáit cóbalt litiam ar ardchaighdeán. Bronnadh Duais Taighde Evonik ar an gceimiceoir as a cuid oibre.

Tá súil bándearg: Tá an poitéinseal ag an púdar a dhoirteann Jennifer Ludwig go cúramach isteach i mbabhla gloine agus a lasann bándearg i bhfianaise an lampa saotharlainne feabhas suntasach a chur ar fheidhmíocht cadhnraí sa todhchaí. "Is féidir le fosfáit cóbalt litiam i bhfad níos mó fuinnimh a stóráil ná ábhair chatóide traidisiúnta," a mhíníonn an poitigéir.

Agus é ag obair i ngrúpa Tom Nilges, ceannaire an Ollaimh ar Shintéis agus Tréithriú Ábhair Nuálacha, tá próiseas forbartha ag an gceimiceoir chun an púdar bándearg a tháirgeadh go tapa, le méideanna íosta fuinnimh agus den chaighdeán is airde.

Tá taighdeoirí ceallraí ag smaoineamh ar fhosfáit cóbalt litiam mar ábhar sa todhchaí le tamall anuas. Feidhmíonn sé ag voltais níos airde ná an fosfáit iarainn litiam a úsáidtear go traidisiúnta agus mar sin, sroicheann sé dlús fuinnimh níos airde - 800 vata uair an chloig in aghaidh an chileagraim in ionad beagán faoi bhun 600 uair vata.

Próiseas roimhe seo: costasach agus dian ar fhuinneamh

Roimhe seo, áfach, bhí próiseas an-chasta, dian ar fhuinneamh agus mí-éifeachtach ag teastáil chun an t-ábhar catóide ardvoltais a bhfuil gealladh fúthu a tháirgeadh faoi dhálaí crua le teocht 800 °C. "Agus athraíonn na criostail a fhoirmíonn faoi na coinníollacha seo i méid agus ní mór iad a mheilt go púdar nanocrystalline sa dara céim táirgthe, atá dian ar fhuinneamh," tuairiscíonn Ludwig.



Ina theannta sin, léiríonn na criostail mar thoradh air sin seoltacht ianach leordhóthanach i dtreo amháin. Thar an chuid is mó den dromchla, téann an t-imoibriú ceimiceach idir an t-ábhar leictreoid agus an leictrilít sna cadhnraí chun cinn go han-mhall.

Criostail oiriúnaithe

Réitíonn an próiseas sintéise micreathonn a d'fhorbair Jennifer Ludwig na saincheisteanna seo go léir ag an am céanna: Ní gá ach oigheann micreathonn agus 30 nóiméad ama chun an fosfáit cóbalt litiam ard-ghrád a fháil.

Cuirtear na himoibreoirí i gcoimeádán Teflon mar aon le tuaslagóir agus ansin téitear iad. Ní leor ach 600 W chun an 250 °C a theastaíonn chun foirmiú criostail a spreagadh.

Tomhaiseann na pláitíní árasán a chruthaítear sa phróiseas níos lú ná aon mhicriméadar trasna agus níl siad ach cúpla céad nanaiméadar tiubh, agus tá ais an seoltachta uasta dírithe ar an dromchla. "Cinntíonn an cruth seo feidhmíocht leictriceimiceach níos fearr toisc go gcaithfidh na hiain litiam ach achair ghearr a bhogadh laistigh de na criostail," a mhíníonn Ludwig.



ag brú ar an imoibriú

Bhí an poitigéir in ann fadhb eile a réiteach le linn a turgnaimh freisin: Ag teocht os cionn 200 °C agus faoi bhrú ard, in ionad fosfáit cóbalt litiam inmhianaithe cruthaítear comhdhúil fosfáit hidrigine hiodrocsaíd chóbalt chasta nach anaithnid go dtí seo.

D'éirigh le Jennifer Ludwig meicníocht an imoibrithe a shoiléiriú, an cumaisc a aonrú agus a struchtúr agus a n-airíonna a chinneadh. Ós rud é nach bhfuil an cumaisc nua oiriúnach mar ábhar ceallraí, d'athraigh sí an t-imoibriú ionas nach dtáirgtear ach an fosfáit cóbalt litiam atá ag teastáil.

"Leis an bpróiseas táirgthe nua seo, is féidir linn criostail fosfáit cóbalt litiam ardfheidhmíochta, cruth pláitíní a chruthú le hairíonna oiriúnaithe ar ardchaighdeán," a deir an tOllamh Nilges. "Mar sin, cuireadh bac breise ar an gcosán chuig ábhair nua ardvoltais."