Tá cadhnraí stáit soladach tar éis éirí mar an teicneolaíocht is geallta chun cadhnraí litiam a athsholáthar. Tá achoimre déanta ag MIT ar an dul chun cinn is déanaí i dteicneolaíocht ceallraí soladach-stáit

Is teicneolaíocht ceallraí atá ag teacht chun cinn iad cadhnraí stáit soladach (SSBanna) le dlús ardfhuinnimh ar féidir leo dul san iomaíocht le cadhnraí litiam-ian (LIBanna), a sholáthraíonn cumhacht do ghléasanna leictreonacha éagsúla sa mhargadh reatha. Murab ionann agus cadhnraí litiam-ian traidisiúnta, tá leictrilít soladach ceirmeach ag cadhnraí soladach-stáit a scarann ​​an anóid agus an catóide taobh istigh den cheallraí. I roinnt cadhnraí, is féidir leis an dearadh seo litiam a úsáid mar anóid.

Sula bhféadfar cadhnraí soladach-stáit a thráchtálú agus a chur i bhfeidhm ar scála mór, ní mór do thaighdeoirí straitéisí cost-éifeachtacha a aithint chun a gcomhpháirteanna aonair a tháirgeadh agus dearaí ceall ceallraí geallta a fhorbairt. Tá alt athbhreithnithe scríofa ag taighdeoirí ó Institiúid Teicneolaíochta Massachusetts (MIT) ina bhfuil achoimre ar na forbairtí is déanaí sa réimse agus ag cur síos ar na straitéisí chun leictrilítí soladacha a phróiseáil agus naisc leictrilít/sraitheanna catóide, ar féidir a úsáid le haghaidh dearadh SSB amach anseo.

Mar gheall ar an bhfíric go bhfuil an chuid is mó de thaighde roimhe seo dírithe ar leictrilítí soladacha gráinneach, tá an costas táirgthe 75% atá leagtha amach i réamh-mheastachán costais reatha SSB ró-mheasta go mór, toisc go bhfuil siad bunaithe ar theicneolaíocht shintéirithe clasaiceach ardteochta le haghaidh próiseáil soladach leictrilít. Mhínigh ceann de na taighdeoirí a rinne an staidéar seo, Moran Balaish, go dtugann roinnt tuar le fios, más é an costas an fachtóir cinntitheach, go bhfuil costas SSB bunaithe ar ocsaíd leictrilítí soladach ard agus beagnach dodhéanta dul san iomaíocht le LIB. Soláthraímid réitigh déantúsaíochta íseal-teocht a théann i bhfeidhm ar thionól ceallraí, agus molaimid go ndéanann taighdeoirí ní hamháin tuairisc agus machnamh a dhéanamh ar léaráid Li + clasaiceach iompair Arrhenius agus ar fhuinneog cobhsaíochta leictriceimiceach, ach go ndéanann siad machnamh freisin ar an 'bhuiséad próiseála te' nua.

Ina bpáipéar, cuireann Rupp agus a comhghleacaithe in iúl go bhfuil dóthain deiseanna ann anois scannáin ceirmeacha leictrilít SSB a mhonarú ag teochtaí ísle, le raon méide 1-20um. Ina theannta sin, mhol siad freisin gur féidir le straitéisí atá ann cheana féin costas táirgthe SSB a laghdú tríd an straitéis chomhdhó costasach a bhaineann le catóidí agus leictrilítí a tháirgeadh a sheachaint.

Mar shampla, má dhéantar comhshintéireacht ardteochta a sheachaint i ndearadh agus déantúsaíocht cadhnraí ocsaíd SSB, is féidir níos lú cóbalt a úsáid chun ábhair chatóide a tháirgeadh, rud a chabhraíonn le coinbhleachtaí acmhainní geopolitical sa todhchaí a sheachaint, a mhíníonn Rupp.

Sa todhchaí, d'fhéadfadh an straitéis comhshintéireachta mhalartach a phléigh Rupp agus a comhghleacaithe difear a dhéanamh d'iomaíochas na gcadhnraí soladach-staid ocsaídithe atá bunaithe ar litiam. Ina theannta sin, is féidir leo an bealach a réiteach freisin le haghaidh tuilleadh taighde ar chadhnraí soladacha íseal-teocht le haghaidh feithiclí leictreacha nó táirgí leictreonacha iniompartha.

Go dtí seo, roghnaigh an chuid is mó de thaighde saotharlainne sa saol acadúil chun cáithníní sintéaraithe a mhonarú mar ábhair tástála agus cadhnraí a chóimeáil, agus níl ach cúpla grúpa ag déanamh staidéir ar réitigh mhalartacha, mar shampla téipeanna maighnéadacha agus scannáin tanaí a fhorbairt chun oiriúnú do chur i bhfeidhm agus dearadh iomaíoch SSBanna le leictrilítí tanaí agus sturdy. Tá go leor cúiseanna stairiúla ann a bhaineann le forbairt an réimse seo, áfach, is é a mhíbhuntáiste ná go bhfuil shintéiriú na gcáithníní ró-láidir, rud a chuireann teorainn le comhtháthú catóide laghdaithe cóbalt. Níl a thoisí seachtracha idéalach, agus tá costas an phróisis ard, toisc nach bhfuil níos mó de na hábhair chatóide seo ach éagobhsaí (trí léaráidí céime) i gcomhdhó ard-teocht le comhpháirteanna leictrealaíoch.

Chuir an páipéar athbhreithnithe a scríobh Rupp agus a comhghleacaithe teachtaireacht shimplí in iúl ar deireadh thiar. Go sonrach, leagann sé béim ar na buntáistí a bhaineann le haistriú go sintéis leictrilítí SSB, rud a fhágann go bhfuil a méid cosúil le deighilteoirí polaiméire clasaiceacha i LIBanna. De réir taighdeoirí, tá a leithéid de chlaochlú luachmhar chun struchtúr SSB a fheabhsú agus a chostas a laghdú, agus ag an am céanna cuireann sé féidearthachtaí nua ar fáil chun catóidí neamhchóbalt a chomhtháthú ar scála níos mó.

Bhí ionadh orainn a fháil, cé go bhfuil leictrilítí tanaí agus daingean ag dearaí SSB le ceanglais theicniúla, tá easpa sonraí fós sa réimse seo a thaispeánann an chuid is mó de léaráidí Arrhenius agus fuinneoga leictriceimiceach bunaithe ar cháithníní sintéaraithe milliméadar ar mhéid. Bhí Juan Carlos Gonzalez Rosillo ar dhuine de na chéad údair.

Cé gur aibhsíodh i roinnt staidéar an poitéinseal atá ag SSBanna nach bhfuil ach cúpla micriméadair ar thiús comhpháirte acu, go dtí seo, is beag foireann a mhol straitéisí éifeachtacha chun na comhpháirteanna seo a tháirgeadh ar scála mór. Ina bpáipéar, mhol Rupp agus a comhghleacaithe modh a fhéadfaidh an sprioc seo a bhaint amach ar deireadh thiar, bunaithe ar fhianaise taighde a bailíodh le blianta beaga anuas.

Seo cuid de na ceisteanna a d’ardaigh muid sa pháipéar: cad iad na modhanna atá oiriúnach chun na comhpháirteanna seo a fhorbairt, agus níos tábhachtaí fós, conas a rachaidh na modhanna seo i bhfeidhm ar an mbuiséad próiseála teirmeach chun costais a laghdú agus roghanna a sholáthar chun comhshintéireacht a sheachaint le haghaidh comhpháirteanna catóide/leictrilíte? Dúirt Rupp leis: Ba iarracht humhal é ár n-athbhreithniú chun foirne eile a spreagadh chun réitigh mhalartacha a iniúchadh chun SSBanna tanaí agus láidre a mhonarú, chomh maith le leictreailítí do SSBanna.

I dtaighde amach anseo, tá sé beartaithe ag taighdeoirí díriú ar dhá phríomhghné d'fhorbairt SSB. Ar an gcéad dul síos, tá súil acu straitéisí éagsúla eile a leagan amach is féidir a úsáid chun catóidí SSB agus leictrilítí a phróiseáil, gan a bheith ag brath ar phróisis chomhtháthaithe.

Mhínigh Rupp gur roghanna dúshlánacha iad seo go léir agus go n-ídíonn siad i bhfad níos mó ama ná próisis atá bunaithe ar phúdar clasaiceach go bealaí cáithníní nó téip, toisc go bhfuil réimse leathan paraiméadair agus an prótacal dlúthúcháin is fearr ann, agus nach bhfuil stoichiometry de chomhdhéanamh ceimiceach soladach á gcoimeád ar bun. chomh simplí sin. Mar sin féin, má réitítear na dúshláin, is féidir leo seo modhanna déantúsaíochta malartacha luachmhara a sholáthar, arb é an chloch tosaigh é i dtreo comhtháthú fadtéarmach níos mó ábhar catóide laghdaithe cóbalt.

Tá sé beartaithe ag Rupp agus a comhghleacaithe freisin taighde nua a dhéanamh chun iniúchadh a dhéanamh ar conas forbairt agus cur i bhfeidhm ar scála mór SSB a luathú. Faoi láthair, meastar go dtógfaidh dearadh, forbairt agus déantúsaíocht leictrilítí SSB i dtimpeallacht saotharlainne níos mó ná 10 mbliana ar an meán. D'fhéadfadh go mbeadh 5-10 bliain sa bhreis ag teastáil chun fachtóir méide na gcomhpháirteanna seo a laghdú. Leagann na tréimhsí fada ama seo béim ar an ngá atá le teicnící próiseála níos tapúla.

Inár dtaighde reatha, déanaimid iniúchadh agus cur i láthair ar an bpeirspictíocht maidir le scagadh tapa agus próiseáil uathoibrithe tapa ar chomhdhúile ceirmeacha agus a gcomhpháirteanna ceimiceacha chun feidhmíocht a thástáil agus an bealach déantúsaíochta is fearr a athlua níos tapúla. Níl sé seo chomh simplí agus a shamhlaíonn daoine, toisc go n-úsáideann an bealach próiseála ceallraí soladach-stáit traidisiúnta san acadamh púdar nó comhdhúile sintéaraithe, a bhfuil méid áirithe castachta aige maidir le scagadh tapa agus reáchtáil timthriallta uathoibrithe. Tá súil againn tacú lenár gcuid oibre trí shamplaí agus anailís shonrach, toisc go bhfuil na modhanna féideartha seo níos oiriúnaí chun na coinníollacha próiseála is fearr a lorg le haghaidh rothaíochta tapa agus uathoibriú, agus chun comhpháirteanna agus cadhnraí a dhearadh agus a mhonarú le haghaidh cadhnraí soladach-stáit amach anseo.