Nuacht Tionscail

Tairgeann Battery â € œAll-Solid-Stateâ € Feidhmíocht Níos Fearr agus Sábháilteacht Feabhsaithe

2021-06-16
TOPICS:
Teicneolaíocht Ceallraí, Eolaíocht Ábhar, Ollscoil na Ginéive
Le OLLSCOIL GENEVA Samhain 24, 2017



Comhdhéanamh na ceallraí sóidiam soladaí. © Empa

Tá fóin, ríomhairí glúine, gluaisteáin leictreacha - cadhnraí i ngach áit. Agus chun ionchais thomhaltóirí an lae inniu a chomhlíonadh, tá na cadhnraí seo ag éirí níos éadroma, níos cumhachtaí agus deartha chun go mairfidh siad níos faide. Faoi láthair is í an teicneolaíocht ceallraí litiam-ian an teicneolaíocht is tábhachtaí do na feidhmchláir seo: ach tá an teicneolaíocht daor agus tá leacht inadhainte ann, a d’fhéadfadh a bheith ina guais sábháilteachta, nuair a dhéantar mí-úsáid ar an gceallraí. Chun an t-éileamh méadaithe ó mhargaí atá ag teacht chun cinn a shásamh (gluaisteáin leictreacha, mar shampla, agus stóráil fuinnimh in-athnuaite), tá taighdeoirí ó Empa, Saotharlanna Cónaidhme na hEilvéise um Eolaíocht agus Teicneolaíocht Ábhar, agus Ollscoil na Ginéive (UNIGE), an Eilvéis, tar éis nua a cheapadh. fréamhshamhla ceallraí: ar a dtugtar â € œall-solid-stateâ €, tá an cumas ag an gceallraí seo níos mó fuinnimh a stóráil agus leibhéil arda sábháilteachta agus iontaofachta a choinneáil. Ina theannta sin, tá an ceallraí bunaithe ar sóidiam, rogha eile saor seachas litiam. Léigh faoin taighde níos mionsonraithe san iris Energy and Environmental Science.

Le go n-oibreoidh ceallraí, caithfidh na trí phríomhchuid seo a leanas a bheith aici: anóid (an cuaille diúltach), catóide (an cuaille dearfach) agus leictrilít. Tá an chuid is mó de na cadhnraí a úsáidtear inár dtrealamh leictreonach inniu bunaithe ar iain litiam. Nuair a ghearrann an ceallraí, fágann na hiain litiam an catóide agus bogann siad chuig an anóid. Chun cosc ​​a chur ar dheindrítí litiam - cineál stalagmite micreascópach a fhéadann ciorcaid ghearra a spreagadh sa cheallraí a d’fhéadfadh a bheith ina gcúis le tine - déantar an anóid i gcadhnraí tráchtála as graifít seachas litiam miotalach, cé go ndéanfadh an miotal ultra-éadrom seo an méid fuinnimh is féidir a stóráil a mhéadú.

Dhírigh taighdeoirí Empa agus UNIGE ar na buntáistí a bhaineann le ceallraí â € œsolidâ chun dul i ngleic leis an éileamh méadaithe ó mhargaí atá ag teacht chun cinn agus chun cadhnraí a dhéanamh le feidhmíocht níos fearr fós: muirearú níos gasta mar aon le cumas stórála méadaithe agus sábháilteacht fheabhsaithe. Úsáideann a gceallraí solad in ionad leictrilít leachtach a chuireann ar chumas anóid miotail a úsáid trí fhoirmiú dendrites a bhac, rud a fhágann gur féidir níos mó fuinnimh a stóráil agus sábháilteacht a ráthú.

Ceallraí sóidiam soladach neamh-inadhainte

“Ach fós bhí orainn seoltóir ianach soladach oiriúnach a fháil a bhí cobhsaí go ceimiceach agus go teirmeach, chomh maith le bheith neamh-tocsaineach, agus a ligfeadh don sóidiam bogadh go héasca idir an anóid agus an catóide,” a mhíníonn Hans Hagemann, ollamh i Roinn na Ceimice Fisicí i nDámh na nEolaíochtaí UNIGE. Fuair ​​na taighdeoirí amach gur chuir substaint bórón-bhunaithe, clos-borane, ar chumas na n-ian sóidiam scaipeadh go saor. Ina theannta sin, ós seoltóir neamhorgánach é an closo-borane, baintear an baol go dtógfadh an ceallraí tine agus í ag athluchtú. Is ábhar é, i bhfocail eile, le go leor airíonna gealladh fúthu.

“Ba é an deacracht ná dlúth-theagmháil a bhunú idir trí shraith na ceallraí: an anóid, ar a raibh sóidiam miotalach soladach; an catóide, ocsaíd cróimiam sóidiam measctha; agus deir an leictrilít, an closo-borane, Léo Duchêne, taighdeoir i Saotharlann Ábhair le haghaidh Comhshó Fuinnimh Empa agus mac léinn PhD i Roinn na Ceimice Fisiciúla i nDámh Eolaíochta UNIGE. Díscaoil na taighdeoirí cuid den leictrilít ceallraí i dtuaslagóir sula gcuireann siad an púdar ocsaíd cróimiam sóidiam leis. Nuair a bhí an tuaslagóir galaithe, chruachtaigh siad an púdar catóide ilchodach leis an leictrilít agus an anóid, ag comhbhrú na sraitheanna éagsúla chun an ceallraí a fhoirmiú.

Rinne taighdeoirí ag Empa agus UNIGE tástáil ar an gceallraí ina dhiaidh sin. “Is féidir le cobhsaíocht leictriceimiceach an leictrilít atá á úsáid againn anseo trí volta a sheasamh, ach déantar damáiste do go leor leictrilítí soladacha a ndearnadh staidéar orthu roimhe seo ag an voltas céanna, â € arsa Arndt Remhof, taighdeoir ag Empa agus ceannaire an tionscadail, a fhaigheann tacaíocht ó Fhondúireacht Eolaíochta Náisiúnta na hEilvéise (SNSF) agus Ionad Inniúlachta na hEilvéise um Thaighde Fuinnimh ar Stóráil Teasa agus Leictreachais (SCCER-HaE). Rinne na heolaithe tástáil freisin ar an gceallraí thar 250 timthriall luchtaithe agus scaoilte, agus ina dhiaidh sin bhí 85% den acmhainn fuinnimh fós feidhmiúil. “Ach tá 1,200 timthriall de dhíth air sular féidir an ceallraí a chur ar an margadh”, a deir na taighdeoirí. “Ina theannta sin, ní mór dúinn fós an ceallraí a thástáil ag teocht an tseomra ionas gur féidir linn a dhearbhú an bhfoirmíonn dendrites nó nach bhfuil, agus an voltas a mhéadú níos mó fós. Tá ár dturgnaimh fós ar siúl.â €

Foilsiú: Léo Duchêne, et al., “Ceallraí sóidiam-ian uile-sholadach 3 V cobhsaí bunaithe ar leictrilít clos-bóráit, â € Eolaíocht Fuinnimh & Comhshaoil, 2017; DOI: 10.1039 / C7EE02420G