Зарурати таъхирнопазири кам кардани партовҳои карбон боиси пешравии босуръат дар самти электриконидани нақлиёт ва васеъ намудани ҷойгиркунии нерӯи офтоб ва шамол дар шабака мебошад.Агар ин тамоюлҳо, тавре ки интизор мерафт, афзоиш диҳанд, зарурати усулҳои беҳтари захира кардани энергияи барқ бештар мешавад.
Доктор Элза Оливетти, дотсенти кафедраи материалшиносӣ ва муҳандисии Эстер ва Ҳаролд Эдҷертон мегӯяд, мо ба ҳама стратегияҳое ниёз дорем, ки барои рафъи таҳдиди тағирёбии иқлим ба даст оварда метавонем.Равшан аст, ки рушди технологияҳои нигаҳдории оммавӣ ба шабака аҳамияти ҳалкунанда дорад.Аммо барои замимаҳои мобилӣ, махсусан нақлиёт, тадқиқоти зиёд ба мутобиқсозии барномаҳои имрӯза нигаронида шудаастбатареяҳои литий-ионбехатар, хурдтар ва тавонанд барои андоза ва вазни худ бештар энергия захира кунанд.
Батареяҳои анъанавии литий-ион такмилро идома медиҳанд, аммо маҳдудиятҳои онҳо қисман аз сабаби сохторашон боқӣ мемонад.Батареяҳои литий-ионӣ аз ду электрод, яке мусбат ва дигаре манфӣ, ки дар моеъи органикӣ (дар таркиби карбон) ҷойгир шудаанд, иборатанд.Вақте ки батарея пур карда мешавад ва холӣ мешавад, заррачаҳои зарядноки литий (ё ионҳо) аз як электрод ба дигараш тавассути электролитҳои моеъ мегузаранд.
Яке аз мушкилот бо ин тарҳ ин аст, ки дар шиддатҳо ва ҳарорати муайян электролитҳои моеъ метавонанд ноустувор гарданд ва оташ гиранд.Батареяҳо дар сурати истифодаи муқаррарӣ умуман бехатаранд, аммо хатар боқӣ мемонад, мегӯяд доктор Кевин Ҳуанг Ph.D.'15, олими пажӯҳишгари гурӯҳи Оливетти.
Мушкилоти дигар ин аст, ки батареяҳои литий-ионӣ барои истифода дар мошинҳо мувофиқ нестанд.Батареяҳои калон ва вазнин ҷойро ишғол мекунанд, вазни умумии мошинро зиёд мекунанд ва самаранокии сӯзишвориро кам мекунанд.Аммо бо нигоҳ доштани зичии энергетикии онҳо - миқдори энергияе, ки дар як грамм вазн нигоҳ дошта мешавад, хурдтар ва сабуктар кардани батареяҳои литий-ионии имрӯза душвор аст.
Барои ҳалли ин мушкилот, муҳаққиқон хусусиятҳои асосии батареяҳои литий-иониро тағир медиҳанд, то як версияи ҳама сахт ё ҳолати сахтро эҷод кунанд.Онҳо электролитҳои моеъро дар мобайн бо электролитҳои тунуки сахт иваз мекунанд, ки дар доираи васеи шиддатҳо ва ҳароратҳо устувор аст.Бо ин электролити сахт, онҳо як электроди мусбати иқтидори баланд ва электроди манфии металлии литийи иқтидорро истифода бурданд, ки аз қабати маъмулии карбон ғафсӣ хеле камтар буд.Ин тағирот имкон медиҳанд, ки як ҳуҷайраи умумӣ хеле хурдтар бошад ва дар ҳоле ки қобилияти нигоҳдории энергияи он нигоҳ дошта шавад, ки дар натиҷа зичии баландтари энергия мегардад.
Ин хусусиятҳо - бехатарии мукаммал ва зичии бештари энергия- эҳтимолан ду бартариҳои маъмултарини батареяҳои потенсиалии сахт мебошанд, аммо ҳамаи ин чизҳо ба оянда нигаронида шудаанд ва ба онҳо умед мебанданд ва ҳатман ба даст овардан мумкин нест.Бо вуҷуди ин, ин имкон дорад, ки бисёре аз муҳаққиқон барои дарёфти мавод ва тарҳҳое, ки ин ваъдаро иҷро мекунанд, талош мекунанд.
Фикр кардан берун аз лаборатория
Муҳаққиқон як қатор сенарияҳои ҷолиберо таҳия карданд, ки дар лаборатория умедбахш ба назар мерасанд.Аммо Оливетти ва Хуанг боварӣ доранд, ки бо назардошти таъхирнопазирии мушкилоти тағирёбии иқлим, мулоҳизаҳои иловагии амалӣ метавонанд муҳим бошанд.Оливетти мегӯяд, мо муҳаққиқон ҳамеша дар лаборатория барои арзёбии мавод ва равандҳои имконпазир метрика дорем.Намунаҳо метавонанд иқтидори нигоҳдории энергия ва суръати барқ / разрядро дар бар гиранд.Аммо агар ҳадаф татбиқ кардан бошад, мо тавсия медиҳем, ки ченакҳоеро илова кунем, ки махсусан потенсиали миқёси босуръатро баррасӣ мекунанд.
Маводҳо ва мавҷудият
Дар ҷаҳони электролитҳои сахти ғайриорганикӣ ду намуди асосии мавод вуҷуд доранд - оксидҳои дорои оксиген ва сулфидҳои сулфур.Тантал ҳамчун маҳсулоти иловагии истихроҷи қалъа ва ниобий истеҳсол карда мешавад.Маълумотхои таърихй шаходат медиханд, ки истехсоли тантал дар вакти истихрочи калъа ва ниобий назар ба истехсоли германий ба макси-ми потенциалй наздиктар аст.Аз ин рӯ, мавҷудияти тантал барои васеъшавии эҳтимолии ҳуҷайраҳои ба LLZO асосёфта нигаронии бештар дорад.
Аммо, донистани мавҷудияти элемент дар замин қадамҳои заруриро барои ба дасти истеҳсолкунандагон ба даст овардан ҳал намекунад.Аз ин рӯ, муҳаққиқон саволи минбаъдаро дар бораи занҷири таъминоти унсурҳои асосӣ - истихроҷ, коркард, коркард, интиқол ва ғайра таҳқиқ карданд. Агар захираи фаровон вуҷуд дошта бошад, оё занҷири таъминот барои интиқоли ин мавод метавонад ба қадри кофӣ ба қадри кофӣ васеъ карда шавад, то талаботи афзоишёбанда таъмин карда шавад. талабот ба батарея?
Дар таҳлили намунавӣ, онҳо ба он назар карданд, ки занҷири таъминоти германий ва тантал барои таъмин кардани батареяҳо барои парки мошинҳои барқӣ дар соли 2030 чӣ қадар бояд сол аз сол афзоиш ёбад.Мисол, парки мошинҳои барқӣ, ки аксар вақт ҳамчун ҳадафи соли 2030 зикр мешаванд, бояд батареяҳои кофӣ истеҳсол кунанд, то ҳамагӣ 100 гигаватт соат энергияро таъмин кунанд.Барои ноил шудан ба ин ҳадаф, бо истифода аз батареяҳои LGPS, занҷири таъминоти германий бояд сол то 50% афзоиш ёбад, зеро суръати максималии афзоиш дар гузашта тақрибан 7% буд.Бо истифода аз танҳо ҳуҷайраҳои LLZO, занҷири таъминоти тантал бояд тақрибан 30% афзоиш ёбад - суръати афзоиш аз ҳадди таърихии тақрибан 10% болотар аст.
Ин мисолҳо аҳамияти баррасии мавҷудияти мавод ва занҷири таъминотро ҳангоми арзёбии иқтидори васеъшавии электролитҳои сахти гуногун нишон медиҳанд, мегӯяд Хуанг: Ҳатто агар миқдори мавод масъала набошад ҳам, ба мисли германий, васеъ кардани ҳама қадамҳои занҷири таъминот барои мувофиқат ба истеҳсоли мошинҳои электрикии оянда метавонад суръати афзоишро талаб кунад, ки амалан бесобиқа аст.
Маводҳо ва коркард
Омили дигаре, ки ҳангоми арзёбии потенсиали миқёспазирии тарроҳии батарея ба назар гирифта мешавад, мушкилии раванди истеҳсолот ва таъсири он ба арзиши он мебошад.Дар истехсоли аккумулятори дурушт хатман мархалахои бисьёре мавчуданд ва нобарории ягон кадам арзиши хар як хучраи бомуваффакият истехсолшударо зиёд мекунад.
Оливетти, Седер ва Хуанг ҳамчун прокси мушкилии истеҳсолот таъсири сатҳи нокомиро ба арзиши умумии тарҳҳои интихобшудаи батареяҳои сахт дар пойгоҳи додаҳои худ омӯхтанд.Дар як мисол, онҳо ба оксиди LLZO тамаркуз карданд.LLZO хеле осебпазир аст ва варақҳои калон ба қадри кофӣ борик мебошанд, ки дар батареяҳои ҳолати сахти баландсифат истифода мешаванд, эҳтимол дар ҳарорати баланд дар раванди истеҳсолот кафида ё каҷ мешаванд.
Барои муайян кардани оқибатҳои хароҷоти чунин нокомиҳо, онҳо чор қадами асосии коркардро, ки дар ҷамъ овардани ҳуҷайраҳои LLZO иштирок доштанд, тақлид карданд.Дар ҳар як қадам, онҳо хароҷотро дар асоси ҳосили тахминӣ, яъне таносуби ҳуҷайраҳои умумие, ки бомуваффақият бидуни хато коркард шудаанд, ҳисоб карданд.Барои LLZO, ҳосилнокӣ нисбат ба тарҳҳои дигари омӯхтаашон хеле паст буд;гайр аз ин, дар баробари кам шудани хосил харочоти хар киловатт-соат (кВт-соат) энергияи ҳуҷайра хеле афзуд.Масалан, вақте ки ба марҳилаи ниҳоии гармидиҳии катод 5% ҳуҷайраҳои бештар илова карда шуданд, хароҷот тақрибан $30/кВт/соат зиёд шуд - тағироти ночиз бо назардошти он, ки арзиши мақсадноки маъмулан қабулшудаи чунин ҳуҷайраҳо $100/кВт/соат аст.Равшан аст, ки мушкилоти истеҳсолӣ метавонад ба имконпазирии қабули миқёси васеъи тарҳ таъсири амиқ расонад.
Вақти фиристодан: сентябр-09-2022