Nuacht Tionscail

D’fhéadfadh Dearadh Nua Cadhnraí Litiam-ian Níos Cumhachtacha a Chumasú

2021-06-16
TOPICS:
Ceallraí, Teicneolaíocht, Fuinneamh, Litiam-ian, MIT
Le DAVID L. CHANDLER, INSTITIÚID TEICNEOLAÍOCHTA MASSACHUSETTS MÁRTA 26, 2021



D’fhéadfadh úsáid leictrilít núíosach leictreoidí miotail chun cinn agus voltais níos airde a cheadú, ag cur le hacmhainn agus le saolré na rothaíochta.

Chuir cadhnraí litiam-ian na feistí leictreonacha éadroma ar féidir linn a n-iniomparthacht a ghlacadh go deonach anois, chomh maith le leathnú tapa ar tháirgeadh feithiclí leictreacha. Ach tá taighdeoirí ar fud an domhain ag leanúint ar aghaidh ag brú teorainneacha chun dlúis fuinnimh atá níos mó i gcónaí a bhaint amach - an méid fuinnimh is féidir a stóráil i mais áirithe ábhair - d’fhonn feidhmíocht na bhfeistí atá ann cheana a fheabhsú agus chun cumas nua a chumasú feidhmchláir ar nós drones agus robots fadraoin.

Cur chuige gealladh amháin is ea leictreoidí miotail a úsáid in ionad an ghnáthghraifíte, le voltas luchtaithe níos airde sa chatóid. Chuir na frithghníomhartha ceimiceacha nach dteastaíonn a tharlaíonn leis an leictrilít a scarann ​​na leictreoidí bac ar na hiarrachtaí sin, áfach. Anois, fuair foireann taighdeoirí ag MIT agus in áiteanna eile leictrilít nua a sháraíonn na fadhbanna seo agus a d’fhéadfadh léim shuntasach a chumasú i gcumhacht in aghaidh an mheáchain cadhnraí na chéad ghlúine eile, gan an saol rothaíochta a íobairt.

Tuairiscítear an taighde san iris Nature Energy i bpáipéar ag Ollúna MIT Ju Li, Yang Shao-Horn, agus Jeremiah Johnson; postdoc Weijiang Xue; agus 19 cinn eile ag MIT, dhá shaotharlann náisiúnta, agus in áiteanna eile. Deir na taighdeoirí go bhféadfadh an toradh seo a dhéanamh go bhféadfadh cadhnraí litiam-ian, ar féidir leo anois thart ar 260 uair bhata in aghaidh an chileagraim a stóráil, thart ar 420 uair bhata in aghaidh an chileagraim a stóráil. Dhéanfadh sé sin raonta níos faide do ghluaisteáin leictreacha agus athruithe níos fadtéarmaí ar ghléasanna iniompartha.



Taispeánann íomhánna tomagrafaíochta X-gha a tógadh ag Brookhaven National Lab scáineadh cáithnín in leictreoid amháin de chill cheallraí a d’úsáid gnáth-leictrilít (mar a fheictear ar chlé). Fuair ​​na taighdeoirí gur chuir úsáid leictrilít núíosach cosc ​​ar an gcuid is mó den scáineadh seo (ar dheis). Creidmheas: Le caoinchead na dtaighdeoirí

Tá na hamhábhair bhunúsacha don leictrilít seo saor (cé go bhfuil ceann de na comhdhúile idirmheánacha costasach fós toisc nach bhfuil sé in úsáid ach go teoranta), agus tá an próiseas chun é a dhéanamh simplí. Mar sin, d’fhéadfaí an airleacan seo a chur i bhfeidhm go réasúnta tapa, a deir na taighdeoirí.

Ní rud nua é an leictrilít féin, a mhíníonn Johnson, ollamh le ceimic. D'fhorbair roinnt ball den fhoireann taighde é cúpla bliain ó shin, ach d'fheidhmchlár difriúil. Bhí sé mar chuid d’iarracht cadhnraí litiam-aeir a fhorbairt, a fheictear mar an réiteach fadtéarmach deiridh chun dlús fuinnimh ceallraí a uasmhéadú. Ach tá go leor constaicí fós roimh fhorbairt cadhnraí den sórt sin, agus d’fhéadfadh go mbeadh an teicneolaíocht fós blianta ar shiúl. Idir an dá linn, is féidir rud a bhaint amach i bhfad níos gasta má chuirtear an leictrilít sin i bhfeidhm ar chadhnraí litiam-ian le leictreoidí miotail.

Fuarthas feidhm nua an ábhair leictreoid seo - rud beag serendipitously, â € tar éis do Shao-Horn, Johnson, agus daoine eile é a fhorbairt i dtosach cúpla bliain ó shin, i bhfiontar comhoibritheach a bhí dírithe ar fhorbairt ceallraí litiam-aeir.

“Níl aon rud fós ann a cheadaíonn ceallraí litiam-aeir in-athluchtaithe go maith,” a deir Johnson. Mar sin féin, “dhear muid na móilíní orgánacha seo a raibh súil againn a thabharfadh cobhsaíocht dóibh, i gcomparáid leis na leictrilítí leachtacha atá ann cheana a úsáidtear.â € D'fhorbair siad trí fhoirmlithe éagsúla bunaithe ar sulfonamide, a fuair siad a bhí frithsheasmhach in aghaidh ocsaídiúcháin agus díghrádú eile. éifeachtaí. Ansin, agus é ag obair le grúpa Li, bheartaigh postdoc Xue an t-ábhar seo a thriail le catóide níos caighdeánaí ina ionad.

An cineál leictreoid cheallraí a d'úsáid siad anois leis an leictrilít seo, ocsaíd nicil ina bhfuil roinnt cóbalt agus mangainéise, “is é seo toradh oibre thionscal feithiclí leictreacha an lae inniu,” a deir Li, atá ina ollamh le heolaíocht núicléach agus innealtóireacht agus eolaíocht ábhair agus innealtóireacht.
 
Mar gheall go leathnaíonn agus go gconraíonn ábhar an leictreoid go hanisotrópach de réir mar a dhéantar é a mhuirearú agus a urscaoileadh, d’fhéadfadh scoilteadh agus briseadh síos ar fheidhmíocht a bheith mar thoradh air seo nuair a úsáidtear é le gnáth-leictrilítí. Ach i dturgnaimh i gcomhar le Saotharlann Náisiúnta Brookhaven, fuair na taighdeoirí gur laghdaigh na díghrádú scáineadh creimeadh struis seo go suntasach trí úsáid a bhaint as an leictrilít nua.

An fhadhb a bhí ann ná go raibh claonadh ag na hadaimh miotail sa chóimhiotal a thuaslagadh isteach sa leictrilít leachtach, ag cailleadh maise agus ag scoilteadh an mhiotail dá bharr. I gcodarsnacht leis sin, tá an leictrilít nua an-resistant do dhíscaoileadh den sórt sin. Ag féachaint ar na sonraí ó thástálacha Brookhaven, deir Li, ba chúis iontais duit a fheiceáil, mura n-athraíonn tú ach an leictrilít, go bhfuil na scoilteanna seo go léir imithe. ”Fuair ​​siad amach go bhfuil moirfeolaíocht an ábhair leictrilít ann. tá sé i bhfad níos láidre, agus níl an oiread intuaslagthacht ag na miotail trasdula 'nach bhfuil chomh so-intuaslagtha' sna leictrilítí nua seo.

Ba mheascán iontais é sin, a deir sé, toisc go gceadaíonn an t-ábhar go héasca d’iain litiam dul tríd - an mheicníocht riachtanach trína ndéantar cadhnraí a mhuirearú agus a urscaoileadh â € ”agus iad ag cur bac ar na cairteacha eile, ar a dtugtar miotail trasdula, dul isteach. Laghdaíodh carnadh comhdhúile nach dteastaíonn ar dhromchla an leictreoid tar éis go leor timthriallta scaoilte-luchtaithe níos mó ná a dheich n-uaire i gcomparáid leis an leictrilít chaighdeánach.

“Tá an leictrilít frithsheasmhach go ceimiceach i gcoinne ocsaídiú ábhair ardfhuinnimh nicil-saibhir, ag cosc ​​ar bhriseadh cáithníní agus ag cobhsú an leictreoid dhearfaigh le linn rothaíochta, â € arsa Shao-Horn, ollamh le hinnealtóireacht mheicniúil agus eolaíocht ábhair agus innealtóireacht. “Cuireann an leictrilít ar chumas stiall agus plating miotail litiam atá seasmhach agus inchúlaithe, céim thábhachtach i dtreo cadhnraí litiam-miotail rechargeable a chumasú le fuinneamh dhá oiread fuinneamh na gcadhnraí litiam-ian úrscothacha. Déanfaidh an toradh seo cuardach agus dearaí leictrilít breise leictrilítí leachtacha do chadhnraí litiam-miotail a chur in iomaíocht leo siúd a bhfuil leictrilítí soladacha stáit acu.

Is é an chéad chéim eile an táirgeadh a scála chun go mbeidh sé inacmhainne. “Déanaimid é in imoibriú an-éasca ó ábhair tosaigh tráchtála atá ar fáil go héasca,” a deir Johnson. Ceart anois, tá an comhdhúil réamhtheachtaithe a úsáidtear chun an leictrilít a shintéisiú daor, ach deir sé, “Sílim más féidir linn a thaispeáint don domhan mór gur leictrilít iontach é seo do leictreonaic tomhaltóra, cuideoidh an spreagadh chun scála breise a dhéanamh leis an praghas síos.â €

Toisc gur athsholáthar 'bunúsach' é seo do leictrilít atá ann cheana agus nach gá an córas iomlán ceallraí a athdhearadh, a deir Li, d'fhéadfaí é a chur i bhfeidhm go tapa agus d'fhéadfaí é a thráchtálú laistigh de chúpla bliain. “Níl aon eilimintí daor ann, níl ann ach carbón agus fluairín. Mar sin níl sé teoranta ag acmhainní, níl ann ach an próiseas, ”a deir sé.

Tagairt: â € œ Catóidigh sraitheacha ard-voltais Ni-saibhir i gcadhnraí miotail Li praiticiúla arna gcumasú ag leictrilít bunaithe ar sulfonamide le Weijiang Xue, Mingjun Huang, Yutao Li, Yun Guang Zhu, Rui Gao, Xianghui Xiao, Wenxu Zhang, Sipei Li, Guiyin Xu, Yang Yu, Peng Li, Jeffrey Lopez, Daiwei Yu, Yanhao Dong, Weiwei Fan, Zhe Shi, Rui Xiong, Cheng-Jun Sun, Inhui Hwang, Wah-Keat Lee, Yang Shao-Horn, Jeremiah A. Johnson agus Ju Li, Fuinneamh Dúlra.
DOI: 10.1038 / s41560-021-00792-y

Thacaigh Roinn Fuinnimh na SA agus an Fhondúireacht Eolaíochta Náisiúnta leis an taighde, agus bhain sé úsáid as áiseanna i Saotharlann Náisiúnta Brookhaven agus i Saotharlann Náisiúnta Argonne.