Нүүрстөрөгчийн ялгаруулалтыг бууруулах зайлшгүй шаардлага нь тээврийг цахилгаанжуулах, нарны болон салхины эрчим хүчийг цахилгаан сүлжээнд байршуулах ажлыг эрчимтэй явуулахад хүргэж байна.Хэрэв эдгээр чиг хандлага хүлээгдэж буйгаар нэмэгдэх юм бол цахилгаан эрчим хүчийг хадгалах илүү сайн аргуудын хэрэгцээ улам бүр нэмэгдэнэ.
Бидэнд уур амьсгалын өөрчлөлтийн аюулыг арилгахын тулд авч болох бүх стратеги хэрэгтэй байна гэж Эстер, Харолд Эдгертон нарын материал судлал, инженерчлэлийн дэд профессор доктор Эльза Оливетти хэлэв.Сүлжээнд суурилсан масс хадгалах технологийг хөгжүүлэх нь нэн чухал нь ойлгомжтой.Гэхдээ мобайл хэрэглээний программуудын хувьд, ялангуяа тээврийн хэрэгслийн хувьд өнөөдрийнхөө дасан зохицоход ихээхэн судалгаа хийдэглити-ион батерейнуудилүү аюулгүй, жижиг, хэмжээ, жиндээ илүү их эрчим хүч хадгалах чадвартай байх.
Уламжлалт лити-ион батерейнууд сайжирсаар байгаа ч зарим талаараа бүтэцтэй холбоотой хязгаарлалтууд хэвээр байна.Лити-ион батерей нь органик (нүүрстөрөгч агуулсан) шингэнд хавчуулагдсан нэг эерэг, нэг сөрөг хоёр электродоос бүрдэнэ.Зайг цэнэглэж, цэнэггүй болгох үед цэнэглэгдсэн лити хэсгүүд (эсвэл ионууд) нь шингэн электролитээр нэг электродоос нөгөөд дамждаг.
Энэхүү дизайны нэг асуудал нь тодорхой хүчдэл, температурт шингэн электролит нь дэгдэмхий болж, галд автдаг.Батерей нь ердийн ашиглалтын үед аюулгүй байдаг ч эрсдэл нь хэвээр байна гэж Оливеттигийн бүлгийн судлаач, доктор Кевин Хуан Ph.D.'15 хэлэв.
Өөр нэг асуудал бол лити-ион батерейг машинд ашиглахад тохиромжгүй байдаг.Том хэмжээтэй, хүнд зайтай зай эзэлдэг бөгөөд тээврийн хэрэгслийн нийт жинг нэмэгдүүлж, түлшний хэмнэлтийг бууруулдаг.Гэвч өнөөгийн лити-ион батерейг эрчим хүчний нягтрал буюу нэг грамм жинд хуримтлагдсан энергийн хэмжээг хадгалахын зэрэгцээ жижиг, хөнгөн болгоход хэцүү болж байна.
Эдгээр асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд судлаачид лити-ион батерейны үндсэн шинж чанарыг өөрчилж, бүхэл бүтэн хатуу буюу хатуу төлөвт хувилбарыг бий болгож байна.Тэд дунд хэсэгт байгаа шингэн электролитийг янз бүрийн хүчдэл, температурт тогтвортой байдаг нимгэн хатуу электролитээр сольж байна.Энэхүү хатуу электролитээр тэд өндөр хүчин чадалтай эерэг электрод болон ердийн сүвэрхэг нүүрстөрөгчийн давхаргаас хамаагүй бага зузаантай өндөр хүчин чадалтай литийн металл сөрөг электрод ашигласан.Эдгээр өөрчлөлтүүд нь эрчим хүч хадгалах хүчин чадлаа хадгалахын зэрэгцээ илүү жижиг ерөнхий эсийг бий болгож, эрчим хүчний нягтралыг нэмэгдүүлдэг.
Эдгээр шинж чанарууд нь аюулгүй байдлыг сайжруулж, эрчим хүчний нягтралыг нэмэгдүүлдэг- Магадгүй хатуу төлөвт батерейны хамгийн түгээмэл хоёр давуу тал нь байж болох ч эдгээр бүх зүйл ирээдүйг харж, найдаж байгаа бөгөөд заавал хүрч чадахгүй.Гэсэн хэдий ч энэ боломж нь олон судлаачид энэхүү амлалтыг биелүүлэх материал, дизайныг хайж олохоор чармайж байна.
Лабораториос гадуур сэтгэж байна
Судлаачид лабораторид ирээдүйтэй мэт харагдах хэд хэдэн сонирхолтой хувилбаруудыг гаргаж ирсэн.Гэхдээ Оливетти, Хуан нар цаг уурын өөрчлөлтийн тулгамдсан асуудал тулгараад байгаа тул нэмэлт практик анхаарал хандуулах нь чухал гэж үзэж байна.Бид судлаачид лабораторид боломжит материал, процессыг үнэлэх хэмжүүртэй байдаг гэж Оливетти хэлэв.Жишээлбэл, эрчим хүч хадгалах хүчин чадал, цэнэглэх/цахилгааны хурд зэрэг байж болно.Гэхдээ хэрэв зорилго нь хэрэгжүүлэх юм бол бид хурдацтай өргөжүүлэх боломжийг тусгайлан харуулсан хэмжүүрүүдийг нэмэхийг санал болгож байна.
Материал ба олдоц
Хатуу органик бус электролитийн ертөнцөд хоёр үндсэн төрлийн материал байдаг - хүчилтөрөгч агуулсан исэл ба хүхэр агуулсан сульфид.Тантал нь цагаан тугалга, ниобий олборлолтын дайвар бүтээгдэхүүн болгон үйлдвэрлэгддэг.Түүхэн мэдээллээс харахад цагаан тугалга, ниобий олборлох явцад танталын үйлдвэрлэл нь германийхаас илүү боломжит дээд хэмжээнд ойртдог.Тиймээс танталын олдоц нь LLZO-д суурилсан эсийн хэмжээг нэмэгдүүлэхэд ихээхэн анхаарал хандуулдаг.
Гэсэн хэдий ч газар дээрх элемент байгаа эсэхийг мэдэх нь түүнийг үйлдвэрлэгчдийн гарт оруулахад шаардагдах алхмуудыг шийдэж чадахгүй.Тиймээс судлаачид олборлолт, боловсруулалт, цэвэршүүлэх, тээвэрлэх гэх мэт гол элементүүдийн нийлүүлэлтийн сүлжээний талаархи дараагийн асуултыг судалжээ. Хангалт ихтэй гэж үзвэл эдгээр материалыг нийлүүлэх нийлүүлэлтийн сүлжээг өсөн нэмэгдэж буй хэрэгцээг хангахуйц хурдан өргөжүүлж чадах уу? батерейны эрэлт хэрэгцээ?
Түүврийн шинжилгээнд тэд 2030 он гэхэд цахилгаан тээврийн хэрэгслийн батарейг хангахын тулд германий болон танталын нийлүүлэлтийн сүлжээ жилээс жилд хэр их өсөх шаардлагатайг судалжээ.Жишээлбэл, 2030 он хүртэл зорилтот гэж нэрлэдэг цахилгаан автомашины парк нийт 100 гигаватт цаг эрчим хүч гаргах хангалттай зай үйлдвэрлэх шаардлагатай болно.Энэхүү зорилгодоо хүрэхийн тулд зөвхөн LGPS батерейг ашиглан германий нийлүүлэлтийн сүлжээ жилээс жилд 50%-иар өсөх шаардлагатай болно. Энэ нь өнгөрсөн хугацаанд хамгийн их өсөлтийн хурд нь 7% орчим байсан тул суналт юм.Зөвхөн LLZO эсийг ашигласнаар танталын нийлүүлэлтийн сүлжээ 30 орчим хувиар өсөх шаардлагатай бөгөөд энэ нь түүхэн дээд хэмжээ болох 10 орчим хувиар өсөх болно.
Эдгээр жишээнүүд нь янз бүрийн хатуу электролитийн хэмжээг нэмэгдүүлэх боломжийг үнэлэхдээ материалын олдоц, нийлүүлэлтийн сүлжээг харгалзан үзэх нь чухал болохыг харуулж байна гэж Хуан хэлэв: Хэдийгээр германий хувьд материалын тоо хэмжээ нь асуудал биш байсан ч бүх хэмжээг нэмэгдүүлэх хэрэгтэй. Ирээдүйн цахилгаан тээврийн хэрэгслийн үйлдвэрлэлд нийцүүлэх нийлүүлэлтийн гинжин хэлхээний алхамууд нь урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй өсөлтийг шаарддаг.
Материал ба боловсруулалт
Зайны дизайны өргөтгөх чадварыг үнэлэхэд анхаарах өөр нэг хүчин зүйл бол үйлдвэрлэлийн үйл явцын хүндрэл, өртөгт үзүүлэх нөлөөлөл юм.Хатуу төлөвт батерейг үйлдвэрлэхэд зайлшгүй олон үе шат дамждаг бөгөөд аливаа алхам бүтэлгүйтэх нь амжилттай үйлдвэрлэсэн эс бүрийн өртөгийг нэмэгдүүлдэг.
Үйлдвэрлэлийн хүндрэлийг прокси болгон Оливетти, Седер, Хуан нар өөрсдийн мэдээллийн санд сонгосон хатуу төлөвт батерейны загваруудын нийт өртөгт эвдрэлийн хувь хэрхэн нөлөөлж байгааг судалжээ.Нэг жишээнд тэд LLZO исэлд анхаарлаа хандуулсан.LLZO нь маш хэврэг бөгөөд өндөр хүчин чадалтай хатуу төлөвт батерейнд ашиглахад хангалттай нимгэн том хуудас нь үйлдвэрлэлийн процесст хамаарах өндөр температурт хагарах эсвэл мултрах магадлалтай.
Ийм бүтэлгүйтлийн зардлын үр дагаврыг тодорхойлохын тулд тэд LLZO эсийг угсрахтай холбоотой дөрвөн үндсэн боловсруулалтын үе шатыг загварчилсан.Алхам бүрт тэд тооцоолсон өгөөж, өөрөөр хэлбэл алдаагүй амжилттай боловсруулсан нийт эсийн эзлэх хувь дээр үндэслэн зардлыг тооцдог.LLZO-ийн хувьд гарц нь тэдний судалсан бусад загвараас хамаагүй бага байсан;түүгээр ч барахгүй гарц буурахын хэрээр эсийн эрчим хүчний нэг киловатт-цаг (кВт.ц) зардал ихээхэн нэмэгдсэн.Жишээлбэл, катодын халаалтын эцсийн шатанд 5%-иар илүү эс нэмэхэд өртөг нь ойролцоогоор 30 доллар/кВт.ц-аар нэмэгдсэн нь ийм эсийн нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн зорилтот өртөг нь 100 доллар/кВт.ц байна гэж үзвэл бага зэрэг өөрчлөлт гарсан байна.Үйлдвэрлэлийн хүндрэл нь дизайныг өргөн цар хүрээтэй хэрэгжүүлэх боломжид ихээхэн нөлөө үзүүлэх нь ойлгомжтой.
Шуудангийн цаг: 2022 оны 9-р сарын 09-ний өдөр