Uglerod zyňyndylaryny azaltmagyň gyssagly zerurlygy transporty elektrikleşdirmäge we gün we ýel energiýasynyň torda ýerleşdirilmegini giňeltmäge itergi berýär. Bu tendensiýalar garaşylşy ýaly güýçlense, elektrik energiýasyny saklamagyň has gowy usullaryna zerurlyk güýçlener.
Esteriň we Harold E. Edgertonyň materiallar we in engineeringenerçilik boýunça dosenti doktor Elsa Olivetti, howanyň üýtgemeginiň howpuny çözmek üçin alyp boljak ähli strategiýalarymyz gerek diýýär. Grid esasly köpçülikleýin saklaýyş tehnologiýalarynyň ösüşi diýseň möhümdir. Mobileöne ykjam programmalar üçin - esasanam transport - köp gözlegler häzirki döwrüň uýgunlaşmagyna gönükdirilendirlitiý-ion batareýalaryhas ygtybarly, kiçi we ululygy we agramy üçin has köp energiýa saklamagy başarmak.
Adaty litiý-ion batareýalary gowulaşmagyny dowam etdirýärler, ýöne çäklendirmeleri gurluşy sebäpli saklanýar.Lityum-ion batareýalary iki elektroddan ybarat, biri polo positiveitel we biri otrisatel, organiki (uglerodly) suwuklykda sandwiçlenen. Batareýa zarýad berlende we zarýad berlende zarýadlanan litiý bölejikleri (ýa-da ionlar) bir elektroddan beýlekisine suwuk elektrolit arkaly geçirilýär.
Bu dizaýn bilen baglanyşykly bir mesele, belli bir naprýa .eniýede we temperaturada suwuk elektrolit üýtgäp, ot alyp biler. Olivetti toparynyň gözleg alymy, doktor Kewin Huang Ph.'15-iň pikiriçe, batareýalar adatça adaty ýagdaýda ulanylýar, ýöne töwekgelçilik saklanýar.
Anotherene bir mesele, litiý-ion batareýalarynyň awtoulaglarda ulanmak üçin ýaramly däldigi. Uly, agyr batareýa paketleri ýer tutýar, ulagyň umumy agramyny ýokarlandyrýar we ýangyç tygşytlylygyny peseldýär. Today'söne häzirki litiý-ion batareýalaryny energiýa dykyzlygyny - her gramda saklanýan energiýanyň mukdaryny saklamak bilen has kiçi we ýeňil etmek kyn.
Bu meseleleri çözmek üçin gözlegçiler litiý-ion batareýalarynyň esasy aýratynlyklaryny üýtgedip, gaty ýa-da gaty görnüşli wersiýa döredýärler. Ortadaky suwuk elektrolitleri köp naprýa andeniýe we temperatura boýunça durnukly inçe gaty elektrolit bilen çalyşýarlar. Bu gaty elektrolit bilen ýokary kuwwatly polo positiveitel elektrod we adaty gözenekli uglerod gatlagyndan has galyň bolan ýokary kuwwatly litiý metal negatiw elektrod ulandylar. Bu üýtgeşmeler, energiýa saklaýyş kuwwatyny saklamak bilen has kiçi umumy öýjüge mümkinçilik berýär, netijede energiýa dykyzlygy has ýokary bolýar.
Bu aýratynlyklar - güýçlendirilen howpsuzlyk we has uly energiýa dykyzlygy- ähtimal gaty güýçli batareýalaryň iň köp aýdylýan iki peýdasy bolsa-da, bu zatlaryň hemmesi geljege garaşylýar we umyt edilýär we hökman ýetip bolmaýar. Şeýle-de bolsa, bu mümkinçiligiň ýerine ýetirjek materiallaryny we dizaýnlaryny tapmak üçin köp gözlegçiler bar.
Laboratoriýanyň daşynda pikir etmek
Gözlegçiler laboratoriýada geljegi uly görünýän birnäçe gyzykly ssenariýany oýlap tapdylar. Emma Olivetti we Huang, howanyň üýtgemegi meselesiniň derwaýysdygyny göz öňünde tutup, goşmaça amaly pikirleriň möhüm bolup biljekdigine ynanýarlar. Olivetti, gözlegçiler, mümkin bolan materiallara we proseslere baha bermek üçin laboratoriýada elmydama ölçeglerimiz bar diýýär. Mysal üçin energiýa saklaýyş kuwwaty we zarýad / çykaryş nyrhlary bolup biler. Iföne maksat durmuşa geçirmek bolsa, çalt ulalmak mümkinçiligini kesgitleýän ölçegleri goşmagy maslahat berýäris.
Materiallar we elýeterlilik
Gaty organiki däl elektrolitler dünýäsinde iki esasy material bar - kislorody öz içine alýan oksidler we kükürdi öz içine alýan sulfidler. Tantal, galaýy we niobium gazmagyň goşmaça önümi hökmünde öndürilýär. Taryhy maglumatlar, tantal önümçiliginiň galaýy we niob gazylanda germiniň öndürilişinden has ýokarydygyny görkezýär. Şonuň üçin tantalyň bolmagy LLZO esasly öýjükleriň ulalmagy üçin has uly alada döredýär.
Şeýle-de bolsa, ýerdäki bir elementiň bardygyny bilmek, ony öndürijileriň eline almak üçin zerur ädimleri çözmeýär. Gözlegçiler şonuň üçin esasy elementleriň - dag-magdan, gaýtadan işlemek, gaýtadan işlemek, daşamak we ş.m. üpjünçilik zynjyry baradaky indiki soragy derňediler, üpjünçiligiň köpdügini göz öňünde tutup, ösýänleri kanagatlandyrmak üçin bu materiallary üpjün etmek zynjyryny çalt giňeldip bolarmy? batareýalara isleg?
Mysal seljermesinde, Germaniýanyň we tantalyň üpjünçilik zynjyrynyň çak edilýän 2030 sany elektrik ulagy üçin batareýalary üpjün etmek üçin ýylsaýyn ösmelidigine göz aýladylar. Mysal üçin, köplenç 2030-njy ýyl üçin niýetlenen elektrik ulaglary, jemi 100 gigawat sagat energiýa üpjün etmek üçin ýeterlik batareýa öndürmeli bolar. Diňe LGPS batareýalaryny ulanyp, bu maksada ýetmek üçin nemes üpjünçilik zynjyry ýylda 50% ösmeli - bu iň ýokary ösüş depgini geçmişde 7% töweregi bolany üçin. Diňe LLZO öýjüklerini ulanyp, tantal üçin üpjünçilik zynjyry 30% töweregi ösmeli - ösüş depgini taryhy maksimumdan 10% töweregi ýokary.
Bu mysallar, dürli gaty elektrolitleriň ulalmak potensialyna baha berlende maddy elýeterliligi we üpjünçilik zynjyryny göz öňünde tutmagyň möhümdigini görkezýär: Huang: Bir materialyň mukdary, germaniýadaky ýaly mesele bolmasa-da, hemmesini ulaltmak Geljekdäki elektrik ulaglarynyň önümçiligine gabat gelýän üpjünçilik zynjyryndaky ädimler öň görlüp-eşidilmedik ösüş depginini talap edip biler.
Materiallar we gaýtadan işlemek
Batareýa dizaýnynyň göwrümlilik potensialyna baha berlende göz öňünde tutulmaly başga bir faktor, önümçilik prosesiniň kynlygy we onuň çykdajylara edýän täsiri. Gaty ýagdaýly batareýany öndürmekde hökmany suratda köp ädim bar we haýsydyr bir ädimiň şowsuz bolmagy her bir üstünlikli öndürilen öýjügiň bahasyny ýokarlandyrýar.
Önümçilik kynçylygy üçin wekil hökmünde Olivetti, Ceder we Huang şowsuzlyk derejesiniň maglumatlar bazasyndaky saýlanan gaty batareýa dizaýnlarynyň umumy bahasyna edýän täsirini öwrendiler. Bir mysalda LLZO oksidine ünsi jemlediler. LLZO gaty döwük we ýokary öndürijilikli gaty döwlet batareýalarynda ulanmak üçin ýeterlik inçe inçe, önümçilik prosesine gatnaşýan ýokary temperaturada döwülip ýa-da çişip biler.
Şeýle şowsuzlyklaryň çykdajy netijelerini kesgitlemek üçin LLZO öýjüklerini ýygnamak bilen baglanyşykly dört esasy işleýiş ädimini simulasiýa etdiler. Her ädimde çykdajylary çak edilýän hasyl esasynda hasapladylar, ýagny şowsuzlyk bilen üstünlikli işlenen umumy öýjükleriň paýyny. LLZO üçin hasyl öwrenilen beýleki dizaýnlara garanyňda has pesdi; üstesine-de, hasyllylygyň azalmagy bilen öýjük energiýasynyň bir kilowat-sagadyna (kWt) bahasy ep-esli ýokarlandy. Mysal üçin, iň soňky katod ýyladyş ädimine 5% köp öýjük goşulanda, bahasy takmynan 30 $ / kWt ýokarlandy - şular ýaly öýjükler üçin umumy kabul edilen maksat bahasynyň 100 $ / kWtdygyny göz öňünde tutup, ähmiýetsiz üýtgeşme. Dizaýnyň uly göwrümli kabul edilmeginiň mümkinçiligine önümçilikdäki kynçylyklaryň uly täsir edip biljekdigi düşnüklidir.
Iş wagty: Sentýabr-09-2022