Nuacht Tionscail

Treisíonn Seoltóirí Reatha Athdheartha Éifeachtacht agus Sábháilteacht Ceallraí Litiam-ian

2021-06-16
TOPICS:
Teicneolaíocht Ceallraí, Fuinneamh, Saotharlann Luasaire Náisiúnta SLAC, Ceallraí Litiam-ian
Le SLAC LEABHARLANN NÁISIÚNTA INNEALTÓIRÍ NÁISIÚNTA Deireadh Fómhair 26, 2020



Rinne eolaithe ag Stanford agus SLAC seoltóirí reatha a athdhearadh - scragall tanaí miotail a dháileann sruth chuig leictreoidí agus uathu - chun cadhnraí litiam-ian a dhéanamh níos éadroime, níos sábháilte agus níos éifeachtaí. Chuir siad sraith de pholaiméir éadrom atá brataithe i gcopar ultrathin (barr ar dheis) in ionad an tseoltóra uile-chopair, sa lár, agus retardant dóiteáin leabaithe sa chiseal polaiméir chun lasracha a mhúchadh (bun ar dheis). Creidmheas: Ollscoil Yusheng Ye / Stanford

Má chuirtear polaiméirí agus uiscedhíonta le bailitheoirí reatha ceallraí, bíonn sé níos éadroime, níos sábháilte agus thart ar 20% níos éifeachtaí.

I gcur chuige iomlán nua maidir le cadhnraí litiam-ian a dhéanamh níos éadroime, níos sábháilte agus níos éifeachtaí, tá eolaithe in Ollscoil Stanford agus Saotharlann Luasaire Náisiúnta SLAC na Roinne Fuinnimh tar éis ceann de na comhpháirteanna ceallraí is troime - bileoga copair nó? scragall alúmanaim ar a dtugtar bailitheoirí reatha - mar sin meáigh siad 80% níos lú agus múchann siad aon tinte a lasann suas láithreach.

Má ghlactar léi, a dúirt na taighdeoirí, d’fhéadfadh an teicneolaíocht seo aghaidh a thabhairt ar dhá phríomhsprioc de thaighde ceallraí: raon tiomána feithiclí leictreacha a leathnú agus an chontúirt go bpléascfaidh ríomhairí glúine, teileafóin phóca agus gairis eile ina lasracha. Tá sé seo tábhachtach go háirithe nuair a ghearrtar cadhnraí go gasta, ag cruthú níos mó de na cineálacha damáiste ceallraí a bhféadfadh tinte a bheith mar thoradh orthu.

Rinne an fhoireann taighde cur síos ar a gcuid oibre in Nature Energy an 15 Deireadh Fómhair, 2020.

“Meastar gur meáchan marbh an bailitheoir reatha i gcónaí, agus go dtí seo níor saothraíodh go rathúil é chun feidhmíocht ceallraí a mhéadú,” a dúirt Yi Cui, ollamh le SLAC agus Stanford agus imscrúdaitheoir le hInstitiúid Ábhair Stanford agus Eolaíochtaí Fuinnimh (SIMES) a bhí i gceannas ar an taighde.

“Ach inár staidéar, trí 80% a dhéanamh níos éadroime don bhailitheoir mhéadaigh dlús fuinnimh cadhnraí litiam-ian - an méid fuinnimh is féidir leo a stóráil i meáchan áirithe - faoi 16-26%. Is léim mhór é sin i gcomparáid leis an meánmhéadú 3% a baineadh amach le blianta beaga anuas.â



I gcomparáid le bailitheoirí reatha i gcadhnraí litiam-ian an lae inniu, déanann leagan nua atá deartha ag eolaithe Stanford agus SLAC cadhnraí níos éadroime, níos tíosaí ar fhuinneamh agus níos sábháilte. D’fhéadfadh sé costais a ghearradh freisin trí pholaiméir níos saoire a chur in ionad copair agus trí chostas iompair cadhnraí a athchúrsáil a laghdú. Creidmheas: Saotharlann Luasaire Náisiúnta Greg Stewart / SLAC

Ag iarraidh go mór meáchain caillteanas

Cibé an dtagann siad i bhfoirm sorcóirí nó púitsí, tá dhá bhailitheoir reatha ag cadhnraí litiam-ian, ceann do gach leictreoid. Dáileann siad sruth ag sreabhadh isteach nó amach as an leictreoid, agus is ionann iad agus 15% chomh hard le 50% de mheáchan roinnt cadhnraí ardchumhachta nó ultrathin. Tá sé inmhianaithe meáchan cadhnra a bearradh ann féin, ag cur ar chumas feistí níos éadroime agus ag laghdú an méid meáchain a chaithfidh feithiclí leictreacha a lug timpeall; má stóráiltear níos mó fuinnimh in aghaidh an mheáchain ar leith, is féidir le gairis agus EVanna dul níos faide idir muirir.

D’fhéadfadh laghdú mór a dhéanamh ar mheáchan ceallraí agus inadhainteacht athchúrsáil trí iompar cadhnraí athchúrsáilte a dhéanamh níos saoire, a dúirt Cui.

Bhí taighdeoirí i dtionscal na gceallraí ag iarraidh meáchan na mbailitheoirí reatha a laghdú trí iad a dhéanamh níos tanaí nó níos scagach, ach bhí fo-iarsmaí nach dteastaíonn uathu, mar shampla cadhnraí a dhéanamh níos leochailí nó níos éagobhsaí go ceimiceach nó níos mó leictrilít a cheangal, rud a ardaíonn an costas. , a dúirt Yusheng Ye, taighdeoir iardhochtúireachta i saotharlann Cui a rinne na turgnaimh leis an scoláire cuairte Lien-Yang Chou.

Maidir leis an tsaincheist sábháilteachta, dúirt sé, “Rinne daoine iarracht retardant dóiteáin a chur le leictrilít na ceallraí, arb é an chuid inadhainte é, ach ní féidir leat an oiread sin a chur leis sula n-éiríonn sé slaodach agus mura seolann sé iain go maith a thuilleadh.” €



I staidéar ag Stanford agus SLAC, chuaigh cadhnraí pouch litiam-ian a rinneadh le bailitheoirí srutha tráchtála an lae inniu (an tsraith barr) trí thine nuair a bhí siad nochtaithe do lasair oscailte agus dóite go bríomhar go dtí gur dódh an leictrilít go léir. Tháirg cadhnraí leis na bailitheoirí lasair-retardant nua (an tsraith bhun) lasracha laga a chuaigh amach laistigh de chúpla soicind, agus níor lasadh suas arís fiú nuair a rinne na heolaithe iarracht iad a athinsint. Creidmheas: Ollscoil Yusheng Ye / Stanford

Ceapaire scragall polaiméir a dhearadh

Tar éis tobsmaointeoireacht a dhéanamh ar an bhfadhb, dhear Cui, Ye agus an mac léinn iarchéime Yayuan Liu turgnaimh chun bailitheoirí reatha a dhéanamh agus a thástáil bunaithe ar pholaiméir éadrom ar a dtugtar polaimíd, a sheasann le tine agus a sheasann leis na teochtaí arda a chruthaíonn muirearú tapa ceallraí. Bhí retardant dóiteáin - fosfáit trífheinile, nó TPP - leabaithe sa pholaiméir, a bhí brataithe ansin ar an dá dhromchla le ciseal copair ultrathin. Ní amháin go ndéanfadh an copar a ghnáthobair ag dáileadh srutha, ach chosnódh sé an polaiméir agus a retardant dóiteáin freisin.
  
Laghdaigh na hathruithe sin meáchan an bhailitheora reatha faoi 80% i gcomparáid le leaganacha an lae inniu, a dúirt Ye, a aistríonn go méadú dlús fuinnimh 16-26% i gcineálacha éagsúla cadhnraí, agus seolann sé reatha chomh maith le rialta bailitheoirí gan aon díghrádú.

Nuair a nochtaíodh lasair oscailte ó chadhnraí níos éadroime, pouch a rinneadh le bailitheoirí srutha tráchtála an lae inniu, cuireadh trí thine iad agus lasadh go bríomhar iad go dtí gur dódh an leictrilít go léir, a dúirt Ye. Ach i gcadhnraí leis na bailitheoirí lasair-retardant nua, níor éirigh leis an tine riamh, ag táirgeadh lasracha an-lag a chuaigh amach laistigh de chúpla soicind, agus nár las siad suas arís fiú nuair a rinne na heolaithe iarracht é a athinsint.

Ceann de bhuntáistí móra an chur chuige seo, a dúirt Cui, ná gur chóir go mbeadh an bailitheoir nua furasta a mhonarú agus níos saoire freisin, toisc go gcuireann sé polaiméir saor in ionad cuid den chopar. Mar sin agus é á mhéadú le haghaidh táirgeadh tráchtála, dúirt sé, “ba cheart go mbeadh sé an-inúsáidte.â Chuir na taighdeoirí isteach ar phaitinn trí Stanford, agus dúirt Cui go mbeidh siad i dteagmháil le déantúsóirí ceallraí chun na féidearthachtaí a iniúchadh.

Tagairt: â € œ Bailitheoirí reatha múchta tine agus múchta dóiteáin do chadhnraí litiam-ian ardfhuinnimh agus ardshábháilteachta le Yusheng Ye, Lien-Yang Chou, Yayuan Liu, Hansen Wang, Hiang Kwee Lee, Wenxiao Huang, Jiayu Wan , Kai Liu, Guangmin Zhou, Yufei Yang, Ankun Yang, Xin Xiao, Xin Gao, David Thomas Boyle, Hao Chen, Wenbo Zhang, Sang Cheol Kim agus Yi Cui, 15 Deireadh Fómhair 2020, Nature Energy.
DOI: 10.1038 / s41560-020-00702-8

Thacaigh Oifig Teicneolaíochtaí Feithicle na hOifige um Éifeachtúlacht Fuinnimh agus Fuinneamh In-athnuaite, DOE, leis an obair seo faoin gclár Meastóireacht Cill Muirir Mear-eXtreme ar Chadhnraí Litiam-ian (XCEL).