Ang dinalian nga panginahanglan sa pagpakunhod sa carbon emissions nagduso sa usa ka paspas nga lakang padulong sa electrifying transport ug pagpalapad sa deployment sa solar ug hangin nga gahum sa grid. Kung kini nga mga uso mouswag sama sa gipaabut, ang panginahanglan alang sa mas maayo nga mga pamaagi sa pagtipig sa enerhiya sa elektrisidad mokusog.
Kinahanglan namon ang tanan nga mga estratehiya nga makuha namon aron matubag ang hulga sa pagbag-o sa klima, ingon ni Dr Elsa Olivetti, usa ka kauban nga propesor sa siyensya ug engineering sa mga materyales sa Esther ug Harold E. Edgerton. Klaro, ang pag-uswag sa mga teknolohiya sa mass storage nga nakabase sa grid hinungdanon. Apan alang sa mga mobile application - labi na ang transportasyon - daghang panukiduki ang nakapunting sa pagpahiangay sa karonlithium-ion nga mga bateryanga mahimong mas luwas, mas gamay ug makahimo sa pagtipig sa dugang nga enerhiya alang sa ilang gidak-on ug gibug-aton.
Ang naandan nga mga baterya sa lithium-ion nagpadayon sa pag-uswag, apan ang ilang mga limitasyon nagpabilin, bahin tungod sa ilang istruktura.Ang mga baterya nga lithium-ion naglangkob sa duha ka mga electrodes, usa nga positibo ug usa nga negatibo, nga gibutang sa usa ka organiko (nga adunay carbon) nga likido. Kung ang baterya ma-charge ug ma-discharge, ang gikarga nga mga partikulo sa lithium (o mga ion) ipasa gikan sa usa ka electrode ngadto sa lain pinaagi sa liquid electrolyte.
Ang usa ka problema niini nga disenyo mao nga sa pipila ka mga boltahe ug temperatura, ang likido nga electrolyte mahimong dali nga mabalhin ug masunog. Ang mga baterya sa kasagaran luwas ubos sa normal nga paggamit, apan ang risgo nagpabilin, miingon si Dr Kevin Huang Ph.D.'15, usa ka research scientist sa grupo ni Olivetti.
Ang laing problema mao nga ang mga baterya sa lithium-ion dili angay gamiton sa mga sakyanan. Ang dagko, bug-at nga mga battery pack mokuha og luna, mopataas sa kinatibuk-ang gibug-aton sa sakyanan ug makapamenos sa fuel efficiency. Apan napamatud-an nga lisud ang paghimo sa karon nga mga baterya sa lithium-ion nga mas gamay ug mas gaan samtang gipadayon ang ilang density sa enerhiya - ang kantidad sa enerhiya nga gitipigan matag gramo sa gibug-aton.
Aron masulbad kini nga mga problema, gibag-o sa mga tigdukiduki ang mga yawe nga bahin sa mga baterya sa lithium-ion aron makahimo usa ka bug-os nga solid, o solid-state, nga bersyon. Gipulihan nila ang likido nga electrolyte sa tunga nga adunay usa ka manipis nga solidong electrolyte nga lig-on sa usa ka halapad nga boltahe ug temperatura. Uban niining solid nga electrolyte, migamit sila og high-capacity positive electrode ug high-capacity lithium metal negative electrode nga dili kaayo baga kay sa naandan nga porous carbon layer. Kini nga mga pagbag-o nagtugot alang sa usa ka labi ka gamay nga kinatibuk-ang cell samtang gipadayon ang kapasidad sa pagtipig sa enerhiya, nga nagresulta sa usa ka labi ka taas nga density sa enerhiya.
Kini nga mga bahin - gipalambo ang kaluwasan ug mas dako nga densidad sa enerhiya- mao tingali ang duha ka labing kasagarang gipasidunggan nga mga benepisyo sa potensyal nga solid-state nga mga baterya, apan kining tanan nga mga butang gipaabot ug gilauman, ug dili kinahanglan nga makab-ot. Bisan pa, kini nga posibilidad adunay daghang mga tigdukiduki nga nanglimbasog aron makit-an ang mga materyales ug mga disenyo nga maghatag niini nga saad.
Naghunahuna lapas sa laboratoryo
Ang mga tigdukiduki nakamugna og daghang makaiikag nga mga senaryo nga daw maayo sa laboratoryo. Apan si Olivetti ug Huang nagtuo nga tungod sa pagkadinalian sa hagit sa pagbag-o sa klima, ang dugang nga praktikal nga mga konsiderasyon mahimong hinungdanon. Kami nga mga tigdukiduki kanunay adunay mga sukatan sa lab aron masusi ang posible nga mga materyales ug proseso, ingon ni Olivetti. Ang mga pananglitan mahimong maglakip sa kapasidad sa pagtipig sa enerhiya ug mga bayranan sa pag-charge/discharge. Apan kung ang katuyoan mao ang pagpatuman, among gisugyot ang pagdugang mga sukatan nga espesipikong nagtubag sa potensyal alang sa paspas nga pag-scale.
Mga materyales ug pagkaanaa
Sa kalibutan sa solid inorganic electrolytes, adunay duha ka nag-unang matang sa materyal - mga oxide nga adunay oxygen ug sulphides nga adunay sulud nga asupre. Ang Tantalum gihimo isip usa ka by-product sa pagmina sa lata ug niobium. Gipakita sa mga datos sa kasaysayan nga ang produksiyon sa tantalum mas duol sa potensyal nga maximum kaysa sa germanium sa panahon sa pagmina sa lata ug niobium. Ang pagkaanaa sa tantalum mao ang usa ka mas dako nga kabalaka alang sa posible nga pagsaka sa LLZO-based nga mga selula.
Bisan pa, ang pagkahibalo sa pagkaanaa sa usa ka elemento sa yuta dili makasulbad sa mga lakang nga gikinahanglan aron makuha kini sa mga kamot sa mga tiggama. Busa gisusi sa mga tigdukiduki ang usa ka sunod-sunod nga pangutana bahin sa kadena sa suplay sa mga nag-unang elemento - pagmina, pagproseso, pagpino, pagdala, ug uban pa. Sa pag-ingon nga adunay daghang suplay, mahimo ba nga ang kadena sa suplay alang sa paghatud niini nga mga materyales dali nga mapalapdan aron matubag ang nagtubo panginahanglan alang sa mga baterya?
Sa usa ka sample analysis, ilang gitan-aw kung unsa kadaghan ang supply chain alang sa germanium ug tantalum nga kinahanglan nga motubo matag tuig aron mahatagan ang mga baterya alang sa giplano nga 2030 nga armada sa mga de-koryenteng salakyanan. Ingon nga pananglitan, usa ka panon sa mga de-koryenteng salakyanan, nga sagad gipunting ingon usa ka target alang sa 2030, kinahanglan nga makahimo og igo nga mga baterya aron mahatagan ang kinatibuk-an nga 100 gigawatt nga oras sa enerhiya. Aron makab-ot kini nga katuyoan, gamit lamang ang LGPS nga mga baterya, ang germanium supply chain kinahanglan nga motubo sa 50% nga tuig sa tuig - usa ka pag-inat, tungod kay ang labing taas nga rate sa pagtubo hapit sa 7% kaniadto. Gamit lamang ang mga selula sa LLZO, ang kadena sa suplay alang sa tantalum kinahanglan nga motubo sa hapit 30% - usa ka rate sa pagtubo nga labaw sa makasaysayanon nga maximum nga hapit 10%.
Kini nga mga pananglitan nagpakita sa kamahinungdanon sa pagkonsiderar sa materyal nga pagkaanaa ug sa kadena sa suplay sa dihang nagtimbang-timbang sa scaling-up nga potensyal sa lain-laing solid electrolytes, nag-ingon si Huang: Bisan kon ang gidaghanon sa usa ka materyal dili usa ka isyu, sama sa kaso sa germanium, scaling sa tanan. ang mga lakang sa kadena sa suplay aron magkatugma sa paghimo sa umaabot nga mga de-koryenteng mga salakyanan mahimong magkinahanglan usa ka rate sa pagtubo nga halos wala pa kaniadto.
Mga materyales ug pagproseso
Ang laing butang nga angay konsiderahon sa pag-assess sa scalability nga potensyal sa usa ka disenyo sa baterya mao ang kalisud sa proseso sa paghimo ug ang epekto niini sa gasto. Adunay dili kalikayan nga daghang mga lakang nga nalangkit sa paghimo sa usa ka solid-state nga baterya, ug ang kapakyasan sa bisan unsang lakang nagdugang sa gasto sa matag malampuson nga gihimo nga cell.
Isip usa ka proxy alang sa kalisud sa paghimo, gisusi ni Olivetti, Ceder ug Huang ang epekto sa rate sa kapakyasan sa kinatibuk-ang gasto sa pinili nga solid-state nga mga disenyo sa baterya sa ilang database. Sa usa ka pananglitan, gipunting nila ang oxide LLZO. Ang LLZO kay brittle kaayo ug ang dagkong mga palid igo nga nipis aron magamit sa taas nga performance nga solid state nga mga baterya nga lagmit mabuak o maguba sa taas nga temperatura nga nalangkit sa proseso sa paggama.
Aron mahibal-an ang mga implikasyon sa gasto sa maong mga kapakyasan, ilang gisundog ang upat ka yawe nga mga lakang sa pagproseso nga nalangkit sa pag-assemble sa mga selula sa LLZO. Sa matag lakang, ilang gikalkulo ang gasto base sa gituohang abot, ie ang proporsiyon sa kinatibuk-ang mga selula nga malampusong naproseso nga walay kapakyasan. Alang sa LLZO, ang abot mas ubos kay sa ubang mga disenyo nga ilang gitun-an; dugang pa, samtang ang ani mikunhod, ang gasto kada kilowatt-hour (kWh) sa cell energy mitaas pag-ayo. Pananglitan, kung ang 5% nga dugang nga mga selyula gidugang sa katapusang lakang sa pagpainit sa cathode, ang gasto mitaas sa mga $30/kWh - usa ka gamay nga pagbag-o nga gikonsiderar nga ang kasagaran nga gidawat nga target nga gasto alang sa ingon nga mga cell mao ang $100/kWh. Tin-aw, ang mga kalisud sa paggama mahimong adunay dakong epekto sa posibilidad sa dinagkong pagsagop sa disenyo.
Oras sa pag-post: Sep-09-2022