Kebutuhan sing penting kanggo nyuda emisi karbon yaiku nyopir kanthi cepet menyang transportasi electrifying lan ngembangake penyebaran tenaga surya lan angin ing kothak.Yen tren kasebut mundhak kaya sing dikarepake, kebutuhan kanggo cara nyimpen energi listrik sing luwih apik bakal saya tambah.
We kudu kabeh Sastranegara kita bisa njaluk kanggo alamat ancaman saka owah-owahan iklim, ngandika Dr Elsa Olivetti, profesor digandhengake saka ilmu material lan engineering ing Esther lan Harold E. Edgerton.Cetha, pangembangan teknologi panyimpenan massa adhedhasar kothak iku penting banget.Nanging kanggo aplikasi seluler - utamane transportasi - akeh riset fokus kanggo adaptasi jaman saikibaterei lithium-iondadi luwih aman, luwih cilik lan bisa nyimpen luwih akeh energi kanggo ukuran lan bobote.
Baterei lithium-ion konvensional terus nambah, nanging watesan tetep, sebagian amarga strukture.Baterei litium-ion kasusun saka rong elektroda, siji positif lan siji negatif, diapit ing cairan organik (ngandhut karbon).Nalika baterei diisi daya lan dibuwang, partikel lithium sing diisi daya (utawa ion) dilewati saka elektroda siji menyang elektrolit liyane liwat elektrolit cair.
Salah sawijining masalah karo desain iki yaiku ing voltase lan suhu tartamtu, elektrolit cair bisa dadi molah malih lan kobong.Baterei umume aman ing panggunaan normal, nanging risiko tetep, ujare Dr Kevin Huang Ph.D.'15, ilmuwan riset ing grup Olivetti.
Masalah liyane yaiku baterei lithium-ion ora cocok digunakake ing mobil.Paket baterei sing gedhe lan abot njupuk papan, nambah bobot sakabèhé kendaraan lan nyuda efisiensi bahan bakar.Nanging pancen angel nggawe baterei lithium-ion saiki luwih cilik lan luwih entheng nalika njaga kapadhetan energi - jumlah energi sing disimpen saben gram bobot.
Kanggo ngatasi masalah kasebut, peneliti ngganti fitur utama baterei lithium-ion kanggo nggawe versi solid, utawa solid-state.Dheweke ngganti elektrolit cair ing tengah kanthi elektrolit padat tipis sing stabil sajrone voltase lan suhu sing akeh.Kanthi elektrolit padhet iki, padha nggunakake elektroda positif kapasitas dhuwur lan elektroda negatif logam lithium kapasitas dhuwur sing kurang kandel tinimbang lapisan karbon keropos biasanipun.Owah-owahan iki ngidini sel sakabèhé luwih cilik nalika njaga kapasitas panyimpenan energi, sing nyebabake kapadhetan energi sing luwih dhuwur.
Fitur kasebut - keamanan sing luwih apik lan kapadhetan energi sing luwih gedhe- mbok menawa rong keuntungan sing paling umum disebut-sebut saka baterei solid-state potensial, nanging kabeh iki ngarep-arep lan ngarep-arep, lan ora mesthi bisa ditindakake.Nanging, kamungkinan iki wis akeh peneliti scrambling kanggo nemokake bahan lan desain sing bakal menehi janji iki.
Mikir ngluwihi laboratorium
Peneliti wis nggawe sawetara skenario sing nyenengake sing katon janjeni ing laboratorium.Nanging Olivetti lan Huang percaya yen amarga tantangan owah-owahan iklim mendesak, pertimbangan praktis tambahan bisa uga penting.Kita peneliti tansah duwe metrik ing Lab kanggo ngira-ngira bisa bahan lan pangolahan, ngandika Olivetti.Conto bisa uga kalebu kapasitas panyimpenan energi lan tingkat pangisian daya/discharge.Nanging yen tujuane yaiku implementasine, disaranake nambahake metrik sing khusus ngatasi potensi skala cepet.
Bahan lan kasedhiyan
Ing jagad elektrolit anorganik sing padhet, ana rong jinis bahan utama - oksida sing ngemot oksigen lan sulfida sing ngemot belerang.Tantalum diprodhuksi minangka produk sampingan saka pertambangan timah lan niobium.Data historis nuduhake yen produksi tantalum luwih cedhak karo potensial maksimal tinimbang germanium sajrone pertambangan timah lan niobium.Kasedhiyan tantalum mulane dadi keprihatinan sing luwih gedhe babagan kemungkinan skala sel adhedhasar LLZO.
Nanging, ngerti kasedhiyan unsur ing lemah ora ngatasi langkah-langkah sing dibutuhake kanggo njaluk menyang tangan saka manufaktur.Mulane para peneliti nyelidiki pitakonan sing terus-terusan babagan rantai pasokan unsur-unsur kunci - pertambangan, pangolahan, panyulingan, transportasi, lan liya-liyane. dikarepake kanggo baterei?
Ing analisis sampel, dheweke ndeleng kepiye rantai pasokan kanggo germanium lan tantalum kudu tuwuh saben taun kanggo nyedhiyakake baterei kanggo armada kendaraan listrik 2030 sing digambarake.Minangka conto, armada kendaraan listrik, asring kasebut minangka target kanggo 2030, kudu ngasilake baterei sing cukup kanggo nyedhiyakake total energi 100 gigawatt jam.Kanggo nggayuh tujuan kasebut, mung nggunakake baterei LGPS, rantai pasokan germanium kudu tuwuh 50% saben taun - sedhela, amarga tingkat pertumbuhan maksimal udakara 7% sadurunge.Mung nggunakake sel LLZO, ranté pasokan kanggo tantalum kudu tuwuh udakara 30% - tingkat pertumbuhan sing luwih dhuwur tinimbang maksimal udakara 10%.
Conto iki nuduhake pentinge considering kasedhiyan materi lan chain sumber nalika mbiji potensial scaling-munggah saka elektrolit ngalangi beda, ngandika Huang: Malah yen jumlahe materi ora masalah, kaya ing cilik saka germanium, njongko munggah kabeh. langkah-langkah ing rantai pasokan kanggo cocog karo produksi kendaraan listrik ing mangsa ngarep bisa uga mbutuhake tingkat pertumbuhan sing meh ora ana sadurunge.
Bahan lan pangolahan
Faktor liyane sing kudu ditimbang nalika ngevaluasi potensial skalabilitas desain baterei yaiku kesulitan proses manufaktur lan pengaruhe ing biaya.Ana pesti akeh langkah melu ing Pabrik baterei ngalangi-negara, lan Gagal sembarang langkah mundhak biaya saben sel kasil diprodhuksi.
Minangka proxy kanggo kangelan Manufaktur, Olivetti, Ceder lan Huang nelik impact saka tingkat Gagal ing biaya total desain baterei ngalangi milih ing database sing.Ing salah siji conto, padha fokus ing LLZO oksida.LLZO banget rapuh lan lembaran gedhe sing cukup tipis kanggo digunakake ing baterei solid state kinerja dhuwur sing bisa retak utawa luntur ing suhu dhuwur sing ana ing proses manufaktur.
Kanggo nemtokake mbek biaya saka Gagal kuwi, padha simulasi papat langkah Processing tombol melu ngrakit sel LLZO.Ing saben langkah, dheweke ngetung biaya adhedhasar asil sing dianggep, yaiku proporsi total sel sing kasil diproses tanpa gagal.Kanggo LLZO, ngasilake luwih murah tinimbang desain liyane sing padha sinau;malih, minangka asil melorot, biaya saben kilowatt-jam (kWh) energi sel tambah Ngartekno.Contone, nalika 5% luwih sel ditambahake menyang langkah pemanasan katoda pungkasan, biaya tambah kira-kira $30/kWh - owah-owahan sing bisa diabaikan amarga biaya target sing ditampa umum kanggo sel kasebut yaiku $100/kWh.Cetha, kangelan Manufaktur bisa duwe impact banget ing kamungkinan saka Adoption gedhe-gedhe desain.
Wektu kirim: Sep-09-2022