Conas ciorcaid ghearr a chosc sa chéad ghlúin eile de chadhnraí litiam? Tá modh nua aimsithe ag MIT

De réir mar a leanann taighdeoirí ar aghaidh ag briseadh trí theorainneacha dearadh ceallraí agus ag iarraidh níos mó cumhachta agus fuinnimh a fheistiú i spás nó meáchan áirithe, is é ceann de na teicneolaíochtaí is mó a bhfuiltear ag déanamh staidéir orthu ná cadhnraí litiam-ian, a úsáideann ábhair leictrilít soladach idir dhá leictreoid in ionad. leachtanna tipiciúla.

Ach tá an cineál seo ceallraí i gcónaí cráite ag treocht a fhoirmiú protrusion miotail brainseach ar cheann de na leictreoidí, ar deireadh thiar nascadh an leictrilít agus is cúis leis an ceallraí a gearrchiorcad. Anois, tá taighdeoirí ag MIT agus in áiteanna eile tar éis teacht ar bhealach chun foirmiú dendrites a chosc, rud a d'fhéadfadh acmhainneacht an chineál nua seo de cheallraí ardfhuinnimh a scaoileadh.

Foilsíodh torthaí an taighde san iris Natural Energy agus chuir na mic léinn iarchéime Richard Parker, an tOllamh Jiang Huiming, agus an tOllamh Craig Carter ó Institiúid Teicneolaíochta Massachusetts, chomh maith le seachtar eile ó Institiúid Teicneolaíochta Massachusetts, Ollscoil A&M Texas, iad i gcrích i gcomhpháirt lena chéile. , Ollscoil Brown, agus Ollscoil Carnegie Mellon.

Mhínigh Jiang gur teicneolaíocht é cadhnraí soladach-stáit a bhí á lorg ar feadh i bhfad ar dhá chúis: sábháilteacht agus dlús fuinnimh. Mar sin féin, dúirt sé, "Is é an t-aon bhealach chun an dlús fuinnimh suimiúil seo a bhaint amach ná leictreoidí miotail a úsáid." Dúirt sé, cé gur féidir leictreoidí miotail a chomhcheangal fós le leictreailítí leachtacha chun dlús fuinnimh maith a bhaint amach, ní sholáthraíonn sé seo na buntáistí sábháilteachta céanna le electrolytes soladach.

Dúirt sé nach ndéanann cadhnraí soladach-stáit ciall ach amháin ar leictreoidí miotail, ach tá iarrachtaí chun cadhnraí den sórt sin a fhorbairt bac ar fhás dendritic, rud a cheanglaíonn an bhearna idir an dá phláta leictreoid ar deireadh thiar, is cúis le ciorcad gearr, ag lagú nó ag díghníomhachtú na gcealla i. an ceallraí.

Tá a fhios againn cheana féin, nuair a bhíonn an sruth ard, cruthaíonn dendrites níos tapúla, rud a theastaíonn de ghnáth le haghaidh muirearú tapa. Go dtí seo, tá an dlús reatha a fhaightear i gcadhnraí soladach-stáit turgnamhacha i bhfad níos ísle ná an dlús reatha a theastaíonn le haghaidh cadhnraí in-athluchtaithe tráchtála iarbhír. Ach dúirt Jiang gur fiú an t-ionchas seo a leanúint toisc gur féidir leis an leagan turgnamhach den cheallraí seo dhá oiread fuinnimh cadhnraí litiam-ian traidisiúnta a stóráil.

Réitigh an fhoireann fadhb na dendrites trí chomhréiteach a dhéanamh idir stáit soladacha agus stáit leachtacha. Rinne siad leictreoid leath-soladach i dteagmháil leis an ábhar leictrilít soladach. Soláthraíonn an leictreoid leath-soladach dromchla féin-leighis ag an gcomhéadan, seachas dromchla soladach brittle, a d'fhéadfadh scoilteanna beaga a bheith mar thoradh air agus an síol tosaigh a sholáthar le haghaidh foirmiú dendrite.

Bhí an smaoineamh seo spreagtha ag cadhnraí ardteochta turgnamhacha, áit a bhfuil leictreoid amháin nó an dá cheann comhdhéanta de mhiotal leáite. De réir chéad údar an pháipéir, Park, ní féidir ceallraí miotail leáite cúpla céad céim a úsáid le haghaidh gléasanna iniompartha, ach léiríonn an obair seo gur féidir le comhéadain leachtacha dlús ard reatha a bhaint amach gan dendrites a fhoirmiú. Dúirt Park, "Is é an spreagadh atá againn ná leictreoidí a fhorbairt bunaithe ar chóimhiotail roghnaithe go cúramach chun céim leachtach a thabhairt isteach a fhéadfaidh feidhmiú mar eilimint féin-leighis le haghaidh leictreoidí miotail."

Mhínigh sé go bhfuil daingneacht níos láidre ag an ábhar seo ná leacht, ach go bhfuil sé cosúil leis an amalgam a úsáideann fiaclóirí chun cuasanna a líonadh, ach is féidir leis cruthanna a shreabhadh agus a fhoirmiú fós. Ag gnáth-theocht oibriúcháin na ceallraí, beidh sé i stát ina bhfuil an dá chéim soladach agus leachtach ag an am céanna. Sa chás seo, tá an chéim soladach comhdhéanta de mheascán de sóidiam agus potaisiam. Dúirt Jiang go bhfuil sé cruthaithe ag an bhfoireann taighde go bhfuil sé indéanta an córas a oibriú ag sruth 20 uair níos mó ná úsáid a bhaint as litiam soladach gan aon dendrites a fhoirmiú. Is é an chéad chéim eile an fheidhmíocht seo a mhacasamhlú ag baint úsáide as leictreoid litiam iarbhír.

Sa dara leagan den cheallraí soladach-stáit, thug an fhoireann sraith an-tanaí de chóimhiotal potaisiam sóidiam leachtach isteach idir an leictreoid litiam soladach-stáit agus an leictrilít soladach-stáit. Tugann siad le fios gur féidir leis an modh seo fadhbanna dendritic a shárú freisin, ag soláthar cur chuige eile le haghaidh tuilleadh taighde.

Dúirt Jiang gur féidir an modh nua seo a chur i bhfeidhm go héasca ar go leor leaganacha éagsúla de chadhnraí litiam soladach-stáit, agus tá taighdeoirí ar fud an domhain ag déanamh staidéir ar an gcineál seo ceallraí faoi láthair. Dúirt sé gurb é an chéad chéim eile don fhoireann ná infheidhmeacht an chórais in ailtireachtaí ceallraí éagsúla a léiriú. Dúirt an t-údar Viswanatan, ollamh innealtóireacht mheicniúil ag Ollscoil Carnegie Mellon, "Creidimid gur féidir linn an modh seo a chlaochlú in aon cheallraí litiam-ian soladach-stáit. Creidimid gur féidir é a chur i bhfeidhm láithreach i bhforbairt ceallraí, a úsáidtear go forleathan i bhfeistí ríomhaire boise. , feithiclí leictreacha, agus réimsí leictreacha."