Tha an fheum èiginneach air sgaoilidhean gualain a lughdachadh a’ stiùireadh gluasad luath a dh’ ionnsaigh còmhdhail dealanach agus leudachadh air cleachdadh cumhachd grèine is gaoithe air a’ ghriod. Ma dh’ èiricheas na gluasadan sin mar a bhiodh dùil, fàsaidh an fheum air dòighean nas fheàrr air lùth dealain a stòradh.
Feumaidh sinn a h-uile ro-innleachd as urrainn dhuinn fhaighinn gus dèiligeadh ri bagairt atharrachadh clìomaid, arsa an Dr Elsa Olivetti, àrd-ollamh co-cheangailte ri saidheans stuthan agus innleadaireachd aig Esther agus Harold E. Edgerton. Gu soilleir, tha leasachadh mòr-theicneòlasan stòraidh stèidhichte air cliath deatamach. Ach airson tagraidhean gluasadach - gu sònraichte còmhdhail - tha mòran rannsachaidh ag amas air atharrachadh an latha an-diughbataraidhean lithium-iona bhith nas sàbhailte, nas lugha agus comasach air barrachd lùth a stòradh airson am meud agus an cuideam.
Tha bataraidhean àbhaisteach lithium-ion a’ leantainn air adhart a’ leasachadh, ach tha na cuingeadan aca fhathast, gu ìre mar thoradh air an structar aca.Tha bataraidhean lithium-ion air an dèanamh suas de dhà electrod, aon dearbhach agus aon àicheil, air a sgaoileadh ann an leaghan organach (anns a bheil carbon). Nuair a thèid am bataraidh a ghearradh agus a leigeil ma sgaoil, thèid mìrean lithium (no ions) le cosgais a chuir bho aon electrod chun fhear eile tron electrolyte leaghaidh.
Is e aon dhuilgheadas leis an dealbhadh seo gum faod an electrolyte leaghaidh a bhith luaineach agus a dhol na theine aig cuid de bholtachd agus teòthachd. Tha na bataraidhean sa chumantas sàbhailte fo chleachdadh àbhaisteach, ach tha an cunnart ann fhathast, arsa an Dr Kevin Huang Ph.D.’15, neach-saidheans rannsachaidh ann am buidheann Olivetti.
Is e duilgheadas eile nach eil bataraidhean lithium-ion freagarrach airson an cleachdadh ann an càraichean. Bidh pacaidean bataraidh mòr, trom a’ gabhail àite, ag àrdachadh cuideam iomlan a’ charbaid agus a’ lughdachadh èifeachdas connaidh. Ach tha e duilich bataraidhean lithium-ion an latha an-diugh a dhèanamh nas lugha agus nas aotroime fhad ‘s a chumas iad an dùmhlachd lùtha - an ìre de lùth a tha air a stòradh gach gram de chuideam.
Gus fuasgladh fhaighinn air na duilgheadasan sin, tha luchd-rannsachaidh ag atharrachadh prìomh fheartan bataraidhean lithium-ion gus dreach uile-chruaidh, no stàite cruaidh, a chruthachadh. Tha iad a’ cur an àite an electrolyte leaghaidh sa mheadhan le electrolyte cruaidh tana a tha seasmhach thairis air raon farsaing de bholtaids agus teòthachd. Leis an electrolyte cruaidh seo, chleachd iad electrod dearbhach àrd-comas agus electrod àicheil lithium meatailt àrd-comas a bha fada nas lugha de thiugh na an ìre àbhaisteach de charbon porous. Leigidh na h-atharrachaidhean sin le cealla iomlan mòran nas lugha fhad ‘s a chumas e an comas stòraidh lùtha, a’ leantainn gu dùmhlachd lùtha nas àirde.
Na feartan sin - sàbhailteachd leasaichte agus barrachd dùmhlachd lùtha- is dòcha gur e an dà bhuannachd as cumanta a th’ ann bho bataraidhean stàite cruaidh a dh’ fhaodadh a bhith ann, ach tha na rudan sin uile a’ coimhead air adhart agus an dòchas, agus chan eil iad riatanach a choileanadh. A dh'aindeoin sin, tha an comas seo air mòran de luchd-rannsachaidh a 'sporghail gus na stuthan agus na dealbhaidhean a lorg a choileanas an gealladh seo.
A 'smaoineachadh nas fhaide na an obair-lann
Tha luchd-rannsachaidh air grunn shuidheachaidhean inntinneach a chruthachadh a tha a’ coimhead gealltanach san obair-lann. Ach tha Olivetti agus Huang den bheachd, leis cho luath sa tha dùbhlan atharrachadh clìomaid, gum faodadh beachdachadh practaigeach a bharrachd a bhith cudromach. Bidh metrics an-còmhnaidh aig an luchd-rannsachaidh againn san obair-lann gus stuthan agus pròiseasan a mheasadh, arsa Olivetti. Dh’fhaodadh eisimpleirean a bhith a’ toirt a-steach comas stòraidh lùtha agus ìrean cosgais/sgaoilidh. Ach mas e buileachadh an amas, tha sinn a’ moladh metrics a chur ris a tha gu sònraichte a’ dèiligeadh ris a’ chomas airson sgèileadh luath.
Stuthan agus ruigsinneachd
Ann an saoghal electrolytes cruaidh neo-organach, tha dà phrìomh sheòrsa de stuth ann - ocsaidean anns a bheil ocsaidean agus sulphides anns a bheil sulphur. Tha Tantalum air a thoirt gu buil mar fo-toradh de mhèinneadh staoin agus niobium. Tha dàta eachdraidheil a 'sealltainn gu bheil cinneasachadh tantalum nas fhaisge air an ìre as àirde a dh'fhaodadh a bhith ann na germanium nuair a thathar a' mèinneadh staoin agus niobium. Mar sin tha na tha ri fhaighinn de tantalum na adhbhar dragh nas motha mu bhith comasach air ceallan stèidhichte air LLZO a mheudachadh.
Ach, chan eil fios gu bheil eileamaid ri fhaighinn san talamh a ’fuasgladh nan ceumannan a dh’ fheumar gus a thoirt a-steach do làmhan luchd-saothrachaidh. Mar sin rinn an luchd-rannsachaidh sgrùdadh air ceist leanmhainn mun t-sèine solair de phrìomh eileamaidean - mèinnearachd, giullachd, grinneachadh, còmhdhail, msaa. iarrtas airson bataraidhean?
Ann an sgrùdadh sampall, choimhead iad air na dh’ fheumadh an t-sèine solair airson germanium agus tantalum fàs bliadhna an dèidh bliadhna gus bataraidhean a thoirt seachad airson a’ chabhlach 2030 de charbadan dealain a bha san amharc. Mar eisimpleir, dh'fheumadh cabhlach de charbadan dealain, gu tric air an ainmeachadh mar thargaid airson 2030, bataraidhean gu leòr a thoirt gu buil gus 100 gigawatt uair a thìde de lùth a thoirt seachad. Gus an amas seo a choileanadh, le bhith a’ cleachdadh dìreach bataraidhean LGPS, dh’fheumadh an t-sèine solair germanium fàs 50% bliadhna an dèidh bliadhna - pìos, leis gu bheil an ìre fàis as àirde air a bhith timcheall air 7% san àm a dh’ fhalbh. A’ cleachdadh dìreach ceallan LLZO, dh’fheumadh an t-sèine solair airson tantalum fàs timcheall air 30% - ìre fàis fada os cionn na h-ìre as àirde eachdraidheil timcheall air 10%.
Tha na h-eisimpleirean sin a’ sealltainn cho cudromach sa tha e beachdachadh air na tha ri fhaighinn de stuthan agus an t-sèine solair nuair a thathar a’ measadh comas sgèileadh diofar electrolytes cruaidh, arsa Huang: Fiù mura h-eil meud stuth na chùis, mar ann an germanium, a’ meudachadh na h-uile. is dòcha gu feum na ceumannan san t-sèine solair gus a bhith a rèir cinneasachadh charbadan dealain san àm ri teachd ìre fàis a tha cha mhòr gun samhail.
Stuthan agus giollachd
Is e feart eile ri beachdachadh nuair a thathar a’ measadh comas scalability dealbhadh bataraidh cho duilich sa tha pròiseas saothrachaidh agus a’ bhuaidh a dh’ fhaodadh a bhith aige air cosgais. Tha e do-sheachanta gu bheil mòran cheumannan an sàs ann a bhith a’ dèanamh bataraidh stàite cruaidh, agus bidh fàilligeadh ceum sam bith a’ meudachadh cosgais gach cealla a chaidh a dhèanamh gu soirbheachail.
Mar neach-ionaid airson duilgheadas saothrachaidh, rinn Olivetti, Ceder agus Huang sgrùdadh air buaidh na h-ìre fàilligeadh air cosgais iomlan dealbhadh bataraidh stàite cruaidh taghte san stòr-dàta aca. Ann an aon eisimpleir, chuir iad fòcas air an LLZO ogsaid. Tha LLZO gu math brisg agus tha siotaichean mòra tana gu leòr airson an cleachdadh ann am bataraidhean àrd-choileanaidh cruaidh dualtach sgàineadh no dlùthadh aig an teòthachd àrd a tha an lùib a’ phròiseas saothrachaidh.
Gus faighinn a-mach dè a’ bhuaidh cosgais a bhiodh aig na fàilligidhean sin, rinn iad atharrais air na ceithir prìomh cheumannan giullachd a bha an lùib a bhith a’ cruinneachadh cheallan LLZO. Aig gach ceum, rinn iad cunntas air a’ chosgais stèidhichte air toradh measta, ie a’ chuibhreann de cheallan iomlan a chaidh a phròiseasadh gu soirbheachail gun fhàilligeadh. Airson LLZO, bha an toradh mòran nas ìsle na airson na dealbhaidhean eile a rinn iad sgrùdadh; A bharrachd air an sin, mar a chaidh an toradh sìos, mheudaich cosgais gach kilowatt-uair (kWh) de lùth cealla gu mòr. Mar eisimpleir, nuair a chaidh 5% a bharrachd de cheallan a chur ris a’ cheum teasachaidh catod mu dheireadh, chaidh a’ chosgais suas mu $30/kWh - atharrachadh beag air bheag leis gur e $100/kWh a’ chosgais targaid ris an gabhar san fharsaingeachd airson a leithid de cheallan. Gu soilleir, faodaidh duilgheadasan saothrachaidh buaidh mhòr a thoirt air comasachd gabhail ris an dealbhadh air sgèile mhòr.
Ùine puist: Sultain-09-2022