Nuacht Tionscail

D’fhéadfadh dearadh nua ceallraí jolt a thabhairt d’fheithiclí leictreacha

2021-06-16
D’fhéadfadh dul chun cinn suntasach in ailtireacht ceallraí a bheith ceannródaíoch d’fheithiclí leictreacha agus do stóráil eangaí.



Sampla de ‘amhola Cambridge’ - substaint dhubh, gooey atá in ann cineál nua ceallraí an-éifeachtach a chumhacht. Feictear fréamhshamhla den cheallraí sreafa leathsholadaigh taobh thiar den fhleascán.



Áiríodh ar bhaill na foirne taighde (ó chlé go deas) céimí le déanaí Mihai Duduta â € ˜10, an tOllamh W. Craig Carter, mac léinn iarchéime Bryan Ho, agus an tOllamh Yet-Ming Chiang.

D’fhéadfadh cur chuige radacach nua i leith dearadh cadhnraí, arna fhorbairt ag taighdeoirí ag MIT, rogha eile éadrom agus saor a sholáthar seachas cadhnraí atá ann cheana le haghaidh feithiclí leictreacha agus an eangach chumhachta. D’fhéadfadh an teicneolaíocht fiú cadhnraí den sórt sin a dhéanamh chomh tapa agus chomh furasta le gás a phumpáil isteach i ngnáthcharr.

Tá an ceallraí nua ag brath ar ailtireacht nuálach ar a dtugtar cill sreafa leathsholadach, ina ndéantar cáithníní soladacha a fhionraí i leacht iompróra agus a phumpáil tríd an gcóras. Sa dearadh seo, tá comhpháirteanna gníomhacha na ceallraí - na leictreoidí dearfacha agus diúltacha, nó catóide agus anóidí â € ”comhdhéanta de cháithníní atá crochta i leictrilít leachtach. Déantar an dá fhionraí éagsúla seo a phumpáil trí chórais atá scartha le scagaire, cosúil le membrane tanaí scagach.

Rinne Mihai Duduta â € 10 agus an mac léinn iarchéime Bryan Ho an obair, faoi cheannaireacht Ollúna na heolaíochta ábhair W. Craig Carter agus Yet-Ming Chiang. Déantar cur síos air i bpáipéar a foilsíodh 20 Bealtaine san iris Advanced Energy Materials. Comhscríobh an t-eolaí taighde cuairte Pimpa Limthongkul - 02, postdoc Vanessa Wood â € 10 agus an mac léinn iarchéime Victor Brunini â 08 an páipéar.

Tréith thábhachtach amháin den dearadh nua is ea go scarann ​​sé dhá fheidhm na ceallraí - ag stóráil fuinnimh go dtí go bhfuil sé ag teastáil, agus an fuinneamh sin á scaoileadh amach nuair is gá é a úsáid i struchtúir fhisiceacha ar leithligh. (I gcadhnraí traidisiúnta, déantar an stóráil agus an scardadh sa struchtúr céanna.) Ciallaíonn deighilt na bhfeidhmeanna seo gur féidir cadhnraí a dhearadh ar bhealach níos éifeachtaí, a deir Chiang.

Ba cheart go gcuirfeadh an dearadh nua ar chumas méid agus costas chórais iomlán ceallraí, lena n-áirítear a thacaíocht struchtúrtha agus a nascóirí uile, a laghdú go dtí thart ar leath na leibhéal reatha. D’fhéadfadh an laghdú drámatúil sin a bheith ina eochair chun feithiclí leictreacha a dhéanamh iomaíoch go hiomlán le gnáthfheithiclí faoi thiomáint gáis nó díosail, a deir na taighdeoirí.

Buntáiste eile a d’fhéadfadh a bheith leis ná go gceadódh a leithéid de chóras, in iarratais ar fheithiclí, an fhéidearthacht ach an ceallraí a “athbhreoslú” tríd an sciodar leachtach a phumpáil agus a phumpáil in athsholáthar úr, luchtaithe go hiomlán, nó trí na tancanna a mhalartú cosúil le boinn ag stad stad, agus an rogha á chaomhnú fós ach an t-ábhar atá ann a athluchtú nuair a cheadaíonn am.

Tá cadhnraí sreafa ann le tamall, ach bhain siad úsáid as leachtanna le dlús fuinnimh an-íseal (an méid fuinnimh is féidir a stóráil i méid áirithe). Mar gheall air seo, tógann cadhnraí sreafa atá ann cheana i bhfad níos mó spáis ná cealla breosla agus teastaíonn a sreabhán a phumpáil go gasta, agus a n-éifeachtúlacht a laghdú tuilleadh.

Sáraíonn na cadhnraí sreafa leathsholadacha nua a bhunaigh Chiang agus a chomhghleacaithe an teorannú seo, ag soláthar feabhsú 10 n-uaire ar dhlús fuinnimh thar cadhnraí sreafa leachtacha atá ann faoi láthair, agus déantúsaíocht ar chostas níos ísle ná gnáth-chadhnraí litiam-ian. Toisc go bhfuil dlús ard fuinnimh ag an ábhar, ní gá é a phumpáil go tapa chun a chumhacht a sheachadadh. “Cineál oozes é,” a deir Chiang. Mar gheall go bhféachann agus go sreabhann na fionraí cosúil le goo dubh agus go bhféadfaidís iad a úsáid in ionad peitriliam le haghaidh iompair, deir Carter, “Glaoimid air mar“ amh droichead Droichid ”.

Ba í an phríomhléargas a rinne foireann Chiang ná go mbeifí in ann bunstruchtúr cadhnraí sreabhadh uiscí a chomhcheangal le ceimic chruthaithe cadhnraí litiam-ian trí ábhair sholadacha na gcadhnraí a laghdú go cáithníní bídeacha a d’fhéadfaí a iompar iontu fionraí leachta - cosúil leis an mbealach is féidir le quicksand sreabhadh mar leacht cé gur cáithníní soladacha atá ann den chuid is mó. “Táimid ag úsáid dhá theicneolaíocht chruthaithe, agus á gcur le chéile,” a deir Carter.

Chomh maith le feidhmchláir fhéideartha i bhfeithiclí, d’fhéadfaí an córas nua ceallraí a scála suas go méideanna an-mhór ar chostas íseal. D’fhágfadh sé sin go mbeadh sé an-oiriúnach do stóráil leictreachais ar mhórscála le haghaidh fóntais, rud a d’fhéadfadh go mbeadh foinsí bréige neamh-intuartha mar fhuinneamh gaoithe agus gréine praiticiúil chun an eangach leictreachais a thiomáint.

Bhí sé mar aidhm ag an bhfoireann an ceallraí rechargeable a laghdú, a deir Chiang. Ach b’fhéidir gur teaghlach iomlán de chórais nua ceallraí an fheiste a cheap siad, toisc nach ailtireacht dearaidh í nach bhfuil ceangailte le haon cheimic ar leith. Tá Chiang agus a chomhghleacaithe ag iniúchadh teaglaim cheimiceacha éagsúla atá anois d’fhéadfaí a úsáid laistigh den chóras sreafa leathsholadach. “Déanfaimid amach cad is féidir a fhorbairt go praiticiúil inniu,” a deir Chiang, “ach de réir mar a thagann ábhair níos fearr chun cinn, is féidir linn iad a chur in oiriúint don ailtireacht seo.”

Deir Yury Gogotsi, Ollamh Oirirce Ollscoile in Ollscoil Drexel agus stiúrthóir Institiúid Nanaitheicneolaíochta Drexel, “Is mór an dul chun cinn é an taispeáint ar cheallraí litiam-ian leathsholadach a thaispeánann gur féidir ábhair ghníomhacha de chineál sciodair a úsáid. chun fuinneamh leictreach a stóráil. ”Tá an t-airleacan seo, a deir sé,“ thar a bheith tábhachtach do thodhchaí táirgeadh agus stóráil fuinnimh. ”

Tugann Gogotsi foláireamh go n-éileoidh taighde chun leagan praiticiúil, tráchtála de cheallraí den sórt sin a dhéanamh chun ábhair agus leictrilítí catóide agus anóide níos fearr a fháil, ach cuireann leis, “Ní fheicim fadhbanna bunúsacha nach féidir aghaidh a thabhairt orthu - is iad sin go príomha saincheisteanna innealtóireachta. Ar ndóigh, d’fhéadfadh go dtógfadh sé blianta córais oibre a fhorbairt a fhéadfaidh dul in iomaíocht leis na cadhnraí atá ar fáil faoi láthair i dtéarmaí costas agus feidhmíochta. ”

Deir Chiang, a raibh a léargas níos luaithe ar cheimiceáin ceallraí litiam-ian mar thoradh ar bhunú 2001 spinoff A123 Systems, go bhfuil an dá theicneolaíocht comhlántach, agus go dtugann siad aghaidh ar fheidhmeanna féideartha éagsúla. Mar shampla, is dócha nach mbeidh na cadhnraí sreafa leathsholadacha nua oiriúnach riamh d’fheidhmchláir níos lú mar uirlisí, nó i gcás ina mbeidh pléascthaí gearra de chumhacht an-ard ag teastáil - ceantair ina bhfuil cadhnraí A123 ar fheabhas.

Tá an teicneolaíocht nua á ceadúnú do chuideachta darb ainm 24M Technologies, a bhunaigh Chiang agus Carter an samhradh seo caite in éineacht leis an bhfiontraí Throop Wilder, atá ina uachtarán ar an gcuideachta. Tá níos mó ná $ 16 milliún bailithe ag an gcuideachta cheana féin i gcaipiteal fiontair agus i maoiniú taighde cónaidhme.

Maoiníodh forbairt na teicneolaíochta i bpáirt le deontais ó Ghníomhaireacht Ard-Thionscadal Taighde Cosanta na Roinne Cosanta agus ón nGníomhaireacht um Ard-Tionscadail Taighde - Fuinneamh (ARPA-E). Tá taighde leanúnach ar an teicneolaíocht ar siúl i bpáirt ag 24M, áit a bhfuil roinnt céimithe MIT le déanaí a d’oibrigh ar an tionscadal mar chuid den fhoireann; ag MIT, áit a bhfuil na Ollúna Angela Belcher agus Paula Hammond ina gcomh-imscrúdaitheoirí; agus ag Rutgers, leis an Ollamh Glenn Amatucci.

Is é an sprioc d’obair leanúnach na foirne, faoi dheontas trí bliana ARPA-E a dámhadh i Meán Fómhair 2010, ná go mbeidh córas fréamhshamhla ar scála laghdaithe atá ag feidhmiú go hiomlán agus faoi lánfheidhm faoi dheireadh na tréimhse deontais , a deir Chiang, réidh le hinnealtóireacht le haghaidh táirgeachta mar athsholáthar ar na cadhnraí gluaisteán leictreacha atá ann cheana.