Ny filàna maika ny fampihenana ny entona karbônina dia mitarika hetsika haingana mankany amin'ny fitaterana herinaratra sy fanitarana ny fametrahana ny herin'ny masoandro sy ny rivotra eo amin'ny tambajotra. Raha mitombo araka ny efa nampoizina ireo fironana ireo, dia hihamafy ny filana fomba fitahirizana angovo elektrika tsara kokoa.
Mila ny paikady rehetra azontsika atao hiatrehana ny loza ateraky ny fiovaovan'ny toetr'andro isika, hoy ny Dr Elsa Olivetti, mpampianatra mpiara-miasa amin'ny siansa sy ny injeniera ao amin'ny Esther sy Harold E. Edgerton. Mazava ho azy fa zava-dehibe ny fampandrosoana ny teknolojia fitahirizana faobe mifototra amin'ny grid. Fa ho an'ny fampiharana finday - indrindra ny fitaterana - betsaka ny fikarohana mifantoka amin'ny fampifanarahana amin'izao fotoana izaobateria lithium-ionho azo antoka kokoa, kely kokoa ary afaka mitahiry angovo bebe kokoa noho ny habeny sy ny lanjany.
Ny bateria lithium-ion mahazatra dia mitohy mihatsara, saingy mijanona ny fetrany, noho ny firafiny.Ny bateria Lithium-ion dia misy electrodes roa, ny iray tsara ary ny iray miiba, voapetaka amin'ny ranon-javatra organika (misy karbôna). Rehefa voampanga sy mivoaka ny bateria, dia alefa avy amin'ny electrode iray mankany amin'ny iray hafa amin'ny alàlan'ny electrolyte ranon-javatra ny poti-lithiona voampanga (na ion).
Ny olana iray amin'ity famolavolana ity dia ny hoe amin'ny voltora sy ny mari-pana sasany, ny electrolyte ranoka dia mety ho lasa mikorontana sy mirehitra. Ny bateria amin'ny ankapobeny dia azo antoka amin'ny fampiasana ara-dalàna, fa ny loza dia mitoetra, hoy ny Dr Kevin Huang Ph.D.'15, mpahay siansa mpikaroka ao amin'ny vondrona Olivetti.
Ny olana iray hafa dia ny hoe tsy mety amin'ny fiara ny bateria lithium-ion. Ny fonosana bateria lehibe sy mavesatra dia maka toerana, mampitombo ny lanjan'ny fiara ary mampihena ny fahombiazan'ny solika. Saingy sarotra ny manao ny bateria lithium-ion ankehitriny ho kely sy maivana nefa mitazona ny hakitroky ny angovo - ny habetsaky ny angovo voatahiry isaky ny grama.
Mba hamahana ireo olana ireo, ny mpikaroka dia manova ny endri-javatra fototra amin'ny bateria lithium-ion mba hamoronana dikan-teny mivaingana, na solid-state. Izy ireo dia manolo ny electrolyte ranoka eo afovoany amin'ny electrolyte matevina manify izay miorina amin'ny voltase sy mari-pana isan-karazany. Miaraka amin'ity electrolyte mivaingana ity dia nampiasa elektrôdôda positivisy avo lenta izy ireo ary elektrôdôda ratsy metaly lithium avo lenta izay tsy dia matevina noho ny sosona karbônina porous mahazatra. Ireo fiovana ireo dia ahafahan'ny sela kely kokoa amin'ny ankapobeny raha mitazona ny fahafahany mitahiry angovo, ka miteraka angovo avo kokoa.
Ireo endri-javatra ireo - fanatsarana fiarovana sy ny hakitroky angovo lehibe kokoa- angamba no tombony roa malaza indrindra amin'ny bateria matanjaka, nefa ireo zavatra rehetra ireo dia miandrandra sy antenaina, ary tsy voatery ho tratra. Na dia izany aza, io fahafaha-manao io dia manana mpikaroka marobe mikarokaroka ny fitaovana sy ny endrika izay hanaterana io fampanantenana io.
Mieritreritra ankoatry ny laboratoara
Ny mpikaroka dia namorona toe-javatra mahaliana maro izay toa mampanantena ao amin'ny laboratoara. Saingy mino i Olivetti sy Huang fa noho ny hamehana amin'ny fanamby amin'ny fiovan'ny toetr'andro, dia mety ho zava-dehibe ny fiheverana azo ampiharina fanampiny. Izahay mpikaroka dia manana metrika foana ao amin'ny laboratoara mba hanombanana ny fitaovana sy ny dingana azo atao, hoy i Olivetti. Ny ohatra dia mety ahitana ny fahafaha-mitahiry angovo sy ny tahan'ny fiampangana/famoahana. Fa raha fampiharana no tanjona, dia soso-kevitra ny hampiditra metrika izay miresaka manokana ny mety hisian'ny scaling haingana.
Fitaovana sy ny fahafahana
Ao amin'ny tontolon'ny electrolytes inorganika mafy dia misy karazany roa lehibe - oxides misy oksizenina sy sulphides misy solifara. Tantalum dia novokarina ho toy ny vokatra avy amin'ny fitrandrahana fanitso sy niobium. Ny angon-drakitra ara-tantara dia mampiseho fa ny famokarana tantalum dia manakaiky ny faran'izay mety ho ambony indrindra noho ny an'ny germanium nandritra ny fitrandrahana fanitso sy niobium. Ny fisian'ny tantalum noho izany dia manahy bebe kokoa amin'ny mety hampitombo ny sela mifototra amin'ny LLZO.
Na izany aza, ny fahafantarana ny fisian'ny singa iray ao amin'ny tany dia tsy mamaha ny dingana ilaina mba hahazoana azy eo am-pelatanan'ny mpanamboatra. Noho izany, ny mpikaroka dia nanadihady fanontaniana manaraka momba ny rojo famatsiana ireo singa fototra - ny fitrandrahana, ny fanodinana, ny fanadiovana, ny fitaterana, sns. Raha heverina fa misy famatsiana be dia be, moa ve ny rojo famatsiana amin'ny fanaterana ireo fitaovana ireo dia afaka mivelatra haingana mba hihaona amin'ny fitomboana. mitaky bateria?
Tamin'ny famakafakana santionany, nojeren'izy ireo hoe ohatrinona ny fitomboan'ny rojo famatsiana ho an'ny germanium sy tantalum isan-taona mba hanomezana bateria ho an'ny fiara mandeha herinaratra 2030. Ohatra, ny andiana fiara mandeha amin'ny herinaratra, izay matetika lazaina ho tanjona amin'ny 2030, dia mila mamokatra bateria ampy mba hanomezana angovo 100 gigawatt ora. Mba hahatratrarana io tanjona io, amin'ny fampiasana bateria LGPS ihany, ny rojo famatsiana germanium dia mila mitombo 50% isan-taona - miitatra, satria manodidina ny 7% ny tahan'ny fitomboana ambony indrindra taloha. Amin'ny fampiasana sela LLZO ihany, ny rojo famatsiana ho an'ny tantalum dia mila mitombo eo amin'ny 30% eo ho eo - taham-pitomboana ambony lavitra noho ny ambony indrindra ara-tantara manodidina ny 10%.
Ireo ohatra ireo dia mampiseho ny maha-zava-dehibe ny fiheverana ny fisian'ny fitaovana sy ny rojo famatsiana rehefa manombana ny mety ho fisondrotry ny electrolytes solida samihafa, hoy i Huang: Na dia tsy olana aza ny habetsahan'ny fitaovana iray, toy ny amin'ny germanium, dia mampitombo ny rehetra. ny dingana ao amin'ny rojo famatsiana mba hifanaraka amin'ny famokarana fiara mandeha amin'ny herinaratra ho avy dia mety mitaky taham-pitomboana izay saika tsy nisy toy izany.
Fitaovana sy fanodinana
Lafin-javatra iray hafa tokony hodinihina rehefa manombana ny mety hisian'ny scalability amin'ny famolavolana bateria dia ny fahasarotan'ny fizotran'ny famokarana sy ny fiantraikany amin'ny vidiny. Tsy azo ihodivirana fa maro ny dingana tafiditra amin'ny fanamboarana batterie matanjaka, ary ny tsy fahombiazan'ny dingana rehetra dia mampitombo ny vidin'ny sela tsirairay mahomby.
Amin'ny maha-solontenan'ny fahasahiranana amin'ny famokarana, i Olivetti, Ceder ary Huang dia nandinika ny fiantraikan'ny taham-pahombiazana eo amin'ny tontalin'ny vidin'ny famolavolana bateria matanjaka voafantina ao amin'ny tahiry-ny. Amin'ny ohatra iray, nifantoka tamin'ny LLZO oxide izy ireo. Ny LLZO dia tena marefo ary ny takelaka lehibe dia manify mba hampiasaina amin'ny batterie solid-state avo lenta izay mety ho vaky na mivadika amin'ny hafanana avo tafiditra amin'ny fizotran'ny famokarana.
Mba hamaritana ny fiantraikan'ny tsy fahombiazana toy izany, dia nanao simulation ireo dingana efatra fanodinana fototra tafiditra amin'ny fanangonana sela LLZO izy ireo. Isaky ny dingana, izy ireo dia nanao kajy ny vidiny mifototra amin'ny vokatra heverina, izany hoe ny ampahany amin'ny fitambaran'ny sela izay vita soa aman-tsara tsy nisy fahombiazana. Ho an'ny LLZO, ny vokatra dia ambany lavitra noho ireo endrika hafa nianaran'izy ireo; Ankoatra izany, rehefa nihena ny vokatra, dia nitombo be ny vidin'ny kilowatt-ora (kWh) amin'ny angovo sela. Ohatra, rehefa nampiana sela 5% fanampiny tamin'ny dingana fanafanana cathode farany, dia nitombo teo amin'ny $30/kWh ny vidiny - fiovana tsinontsinona raha heverina fa $100/kWh ny vidin'ny kendrena ho an'ny sela toy izany. Mazava ho azy, ny fahasahiranana amin'ny famokarana dia mety hisy fiantraikany lalina amin'ny fahafahan'ny fananganana lehibe amin'ny famolavolana.
Fotoana fandefasana: Sep-09-2022