கார்பன் உமிழ்வைக் குறைப்பதற்கான அவசரத் தேவை போக்குவரத்தை மின்மயமாக்குவதை நோக்கி விரைவான நகர்வைத் தூண்டுகிறது மற்றும் சூரிய மற்றும் காற்றாலை மின்சக்தியை கட்டத்தின் மீது விரிவுபடுத்துகிறது. இந்த போக்குகள் எதிர்பார்த்தபடி அதிகரித்தால், மின் ஆற்றலைச் சேமிப்பதற்கான சிறந்த முறைகளின் தேவை தீவிரமடையும்.
காலநிலை மாற்றத்தின் அச்சுறுத்தலை எதிர்கொள்ள நாம் பெறக்கூடிய அனைத்து உத்திகளும் நமக்குத் தேவை என்கிறார் எஸ்தர் மற்றும் ஹரோல்ட் இ. எட்ஜெர்டனில் உள்ள மெட்டீரியல் சயின்ஸ் மற்றும் இன்ஜினியரிங் இணைப் பேராசிரியரான டாக்டர் எல்சா ஒலிவெட்டி. தெளிவாக, கட்டம் சார்ந்த வெகுஜன சேமிப்பு தொழில்நுட்பங்களின் வளர்ச்சி முக்கியமானது. ஆனால் மொபைல் பயன்பாடுகளுக்கு - குறிப்பாக போக்குவரத்து - இன்றையதை மாற்றியமைப்பதில் அதிக ஆராய்ச்சி கவனம் செலுத்துகிறதுலித்தியம் அயன் பேட்டரிகள்பாதுகாப்பாகவும், சிறியதாகவும் மற்றும் அவற்றின் அளவு மற்றும் எடைக்கு அதிக ஆற்றலைச் சேமிக்கக்கூடியதாகவும் இருக்க வேண்டும்.
வழக்கமான லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் தொடர்ந்து மேம்படுத்தப்படுகின்றன, ஆனால் அவற்றின் வரம்புகள் அவற்றின் கட்டமைப்பின் காரணமாக உள்ளன.லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் இரண்டு மின்முனைகளைக் கொண்டிருக்கின்றன, ஒன்று நேர்மறை மற்றும் ஒரு எதிர்மறை, ஒரு கரிம (கார்பன் கொண்ட) திரவத்தில் சாண்ட்விச் செய்யப்படுகிறது. பேட்டரி சார்ஜ் செய்யப்பட்டு டிஸ்சார்ஜ் செய்யப்படும்போது, சார்ஜ் செய்யப்பட்ட லித்தியம் துகள்கள் (அல்லது அயனிகள்) ஒரு மின்முனையிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு திரவ எலக்ட்ரோலைட் வழியாக அனுப்பப்படுகின்றன.
இந்த வடிவமைப்பில் உள்ள ஒரு சிக்கல் என்னவென்றால், சில மின்னழுத்தங்கள் மற்றும் வெப்பநிலைகளில், திரவ எலக்ட்ரோலைட் ஆவியாகி தீப்பிடிக்கலாம். பேட்டரிகள் சாதாரண பயன்பாட்டில் பொதுவாக பாதுகாப்பானவை, ஆனால் ஆபத்து உள்ளது, டாக்டர் கெவின் ஹுவாங் Ph.D.'15, ஆலிவெட்டி குழுவில் உள்ள ஆராய்ச்சி விஞ்ஞானி கூறுகிறார்.
மற்றொரு பிரச்சனை என்னவென்றால், லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் கார்களில் பயன்படுத்த ஏற்றது அல்ல. பெரிய, கனமான பேட்டரி பேக்குகள் இடத்தை எடுத்துக்கொள்கின்றன, வாகனத்தின் ஒட்டுமொத்த எடையை அதிகரிக்கின்றன மற்றும் எரிபொருள் செயல்திறனைக் குறைக்கின்றன. ஆனால் இன்றைய லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளை அவற்றின் ஆற்றல் அடர்த்தியை பராமரிக்கும் போது சிறியதாகவும் இலகுவாகவும் மாற்றுவது கடினம் - ஒரு கிராம் எடையில் சேமிக்கப்படும் ஆற்றலின் அளவு.
இந்தச் சிக்கல்களைத் தீர்க்க, ஆராய்ச்சியாளர்கள் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் முக்கிய அம்சங்களை மாற்றி அனைத்து-திட அல்லது திட-நிலை பதிப்பை உருவாக்குகின்றனர். அவை நடுவில் உள்ள திரவ எலக்ட்ரோலைட்டை ஒரு மெல்லிய திட எலக்ட்ரோலைட்டுடன் மாற்றுகின்றன, இது பரந்த அளவிலான மின்னழுத்தங்கள் மற்றும் வெப்பநிலைகளில் நிலையானது. இந்த திட எலக்ட்ரோலைட்டுடன், அவர்கள் அதிக திறன் கொண்ட நேர்மறை மின்முனையையும், வழக்கமான நுண்துளை கார்பன் அடுக்கை விட மிகவும் குறைவான தடிமனான உயர் திறன் கொண்ட லித்தியம் உலோக எதிர்மறை மின்முனையையும் பயன்படுத்தினர். இந்த மாற்றங்கள் அதன் ஆற்றல் சேமிப்பு திறனை பராமரிக்கும் அதே வேளையில் மிகவும் சிறிய ஒட்டுமொத்த செல்களை அனுமதிக்கின்றன, இதன் விளைவாக அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி ஏற்படுகிறது.
இந்த அம்சங்கள் - மேம்படுத்தப்பட்ட பாதுகாப்பு மற்றும் அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி- சாத்தியமான திட-நிலை பேட்டரிகளின் இரண்டு பொதுவாகக் கூறப்படும் நன்மைகள், ஆனால் இவை அனைத்தும் முன்னோக்கி நோக்கும் மற்றும் நம்பிக்கைக்குரியவை, மேலும் அவை அடைய வேண்டிய அவசியமில்லை. ஆயினும்கூட, இந்த சாத்தியம் பல ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த வாக்குறுதியை வழங்கும் பொருட்கள் மற்றும் வடிவமைப்புகளைக் கண்டறிய துடிக்கிறார்கள்.
ஆய்வகத்திற்கு அப்பாற்பட்ட சிந்தனை
ஆய்வகத்தில் நம்பிக்கைக்குரியதாகத் தோன்றும் பல புதிரான காட்சிகளை ஆராய்ச்சியாளர்கள் கொண்டு வந்துள்ளனர். ஆனால் ஆலிவெட்டி மற்றும் ஹுவாங் காலநிலை மாற்ற சவாலின் அவசரத்தை கருத்தில் கொண்டு, கூடுதல் நடைமுறை பரிசீலனைகள் முக்கியமானதாக இருக்கலாம் என்று நம்புகின்றனர். சாத்தியமான பொருட்கள் மற்றும் செயல்முறைகளை மதிப்பீடு செய்ய ஆராய்ச்சியாளர்கள் எப்பொழுதும் ஆய்வகத்தில் அளவீடுகளை வைத்திருக்கிறோம், என்கிறார் ஒலிவெட்டி. எடுத்துக்காட்டுகளில் ஆற்றல் சேமிப்பு திறன் மற்றும் கட்டணம்/வெளியேற்ற விகிதங்கள் ஆகியவை அடங்கும். ஆனால் செயல்படுத்துவதே குறிக்கோள் என்றால், விரைவான அளவிடுதலுக்கான சாத்தியக்கூறுகளை குறிப்பாக நிவர்த்தி செய்யும் அளவீடுகளைச் சேர்க்க பரிந்துரைக்கிறோம்.
பொருட்கள் மற்றும் கிடைக்கும் தன்மை
திட கனிம எலக்ட்ரோலைட்டுகளின் உலகில், இரண்டு முக்கிய வகையான பொருட்கள் உள்ளன - ஆக்ஸிஜன் கொண்ட ஆக்சைடுகள் மற்றும் கந்தகம் கொண்ட சல்பைடுகள். டான்டலம் தகரம் மற்றும் நியோபியம் சுரங்கத்தின் துணை விளைபொருளாக உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. தகரம் மற்றும் நியோபியம் சுரங்கத்தின் போது ஜெர்மானியத்தை விட டான்டலத்தின் உற்பத்தி சாத்தியமான அதிகபட்சத்திற்கு நெருக்கமாக இருப்பதாக வரலாற்று தகவல்கள் காட்டுகின்றன. எனவே டான்டலம் கிடைப்பது LLZO-அடிப்படையிலான செல்களை அளவிடுவதற்கு அதிக கவலை அளிக்கிறது.
இருப்பினும், தரையில் ஒரு உறுப்பு கிடைப்பதை அறிந்துகொள்வது உற்பத்தியாளர்களின் கைகளில் அதை பெறுவதற்கு தேவையான நடவடிக்கைகளை தீர்க்காது. சுரங்கம், செயலாக்கம், சுத்திகரிப்பு, போக்குவரத்து போன்ற முக்கிய கூறுகளின் விநியோகச் சங்கிலி பற்றிய தொடர் கேள்வியை ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஆராய்ந்தனர். ஏராளமான சப்ளை இருப்பதாகக் கருதினால், இந்த பொருட்களை வழங்குவதற்கான விநியோகச் சங்கிலியை விரைவாக விரிவுபடுத்த முடியுமா? பேட்டரிகளுக்கான தேவை?
ஒரு மாதிரி பகுப்பாய்வில், ஜெர்மானியம் மற்றும் டான்டலத்திற்கான விநியோகச் சங்கிலி 2030 ஆம் ஆண்டு திட்டமிடப்பட்ட மின்சார வாகனங்களுக்கு பேட்டரிகளை வழங்குவதற்கு ஆண்டுதோறும் எவ்வளவு வளர வேண்டும் என்பதை அவர்கள் பார்த்தார்கள். எடுத்துக்காட்டாக, 2030 ஆம் ஆண்டிற்கான இலக்காகக் குறிப்பிடப்படும் மின்சார வாகனங்கள் மொத்தமாக 100 ஜிகாவாட் மணிநேர ஆற்றலை வழங்க போதுமான பேட்டரிகளை உற்பத்தி செய்ய வேண்டும். இந்த இலக்கை அடைய, LGPS பேட்டரிகளை மட்டுமே பயன்படுத்தி, ஜெர்மானியம் விநியோகச் சங்கிலி ஆண்டுக்கு 50% வளர்ச்சியடைய வேண்டும் - ஒரு நீட்டிப்பு, கடந்த காலத்தில் அதிகபட்ச வளர்ச்சி விகிதம் 7% ஆக இருந்தது. LLZO செல்களை மட்டுமே பயன்படுத்தினால், டான்டலத்திற்கான விநியோகச் சங்கிலி சுமார் 30% வளர்ச்சியடைய வேண்டும் - இது வரலாற்று அதிகபட்சமான சுமார் 10% வளர்ச்சி விகிதம்.
வெவ்வேறு திட எலக்ட்ரோலைட்டுகளின் அளவிடுதல்-அப் திறனை மதிப்பிடும் போது பொருள் கிடைக்கும் தன்மை மற்றும் விநியோகச் சங்கிலியைக் கருத்தில் கொள்வதன் முக்கியத்துவத்தை இந்த எடுத்துக்காட்டுகள் காட்டுகின்றன, ஹுவாங் கூறுகிறார்: ஒரு பொருளின் அளவு ஒரு பிரச்சினையாக இல்லாவிட்டாலும், ஜெர்மானியத்தைப் போலவே, அனைத்தையும் அளவிடுதல் வருங்கால மின்சார வாகனங்களின் உற்பத்தியைப் பொருத்த விநியோகச் சங்கிலியின் படிநிலைகள் கிட்டத்தட்ட முன்னோடியில்லாத வளர்ச்சி விகிதம் தேவைப்படலாம்.
பொருட்கள் மற்றும் செயலாக்கம்
பேட்டரி வடிவமைப்பின் அளவிடுதல் திறனை மதிப்பிடும் போது கருத்தில் கொள்ள வேண்டிய மற்றொரு காரணி, உற்பத்தி செயல்முறையின் சிரமம் மற்றும் செலவில் அது ஏற்படுத்தக்கூடிய தாக்கம் ஆகும். திட-நிலை பேட்டரி தயாரிப்பதில் தவிர்க்க முடியாமல் பல படிகள் உள்ளன, மேலும் எந்தப் படியின் தோல்வியும் வெற்றிகரமாக உற்பத்தி செய்யப்படும் ஒவ்வொரு கலத்தின் விலையையும் அதிகரிக்கிறது.
உற்பத்தி சிரமத்திற்கான ப்ராக்ஸியாக, ஒலிவெட்டி, செடர் மற்றும் ஹுவாங் ஆகியோர் தங்கள் தரவுத்தளத்தில் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட திட-நிலை பேட்டரி வடிவமைப்புகளின் மொத்த செலவில் தோல்வி விகிதத்தின் தாக்கத்தை ஆராய்ந்தனர். ஒரு எடுத்துக்காட்டில், அவர்கள் ஆக்சைடு LLZO மீது கவனம் செலுத்தினர். LLZO மிகவும் உடையக்கூடியது மற்றும் அதிக செயல்திறன் கொண்ட திட நிலை பேட்டரிகளில் பயன்படுத்தப்படும் அளவுக்கு மெல்லிய பெரிய தாள்கள் உற்பத்தி செயல்முறையில் ஈடுபடும் அதிக வெப்பநிலையில் விரிசல் அல்லது சிதைந்துவிடும்.
இத்தகைய தோல்விகளின் விலை தாக்கங்களைத் தீர்மானிக்க, அவை LLZO செல்களை இணைப்பதில் உள்ள நான்கு முக்கிய செயலாக்க படிகளை உருவகப்படுத்தியது. ஒவ்வொரு அடியிலும், அவர்கள் ஒரு அனுமான விளைச்சலின் அடிப்படையில் செலவைக் கணக்கிட்டனர், அதாவது தோல்வியின்றி வெற்றிகரமாக செயலாக்கப்பட்ட மொத்த கலங்களின் விகிதத்தின் அடிப்படையில். LLZO க்கு, அவர்கள் படித்த மற்ற வடிவமைப்புகளை விட மகசூல் மிகவும் குறைவாக இருந்தது; மேலும், மகசூல் குறைவதால், ஒரு கிலோவாட்-மணி நேரத்திற்கு (kWh) செல் ஆற்றலின் விலை கணிசமாக அதிகரித்தது. எடுத்துக்காட்டாக, 5% கூடுதல் செல்கள் இறுதி கேத்தோடு வெப்பமாக்கல் படியில் சேர்க்கப்படும் போது, செலவு சுமார் $30/kWh அதிகரித்தது - இது போன்ற கலங்களுக்கு பொதுவாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட இலக்கு விலை $100/kWh என்று கருத்தில் கொள்ளும்போது ஒரு சிறிய மாற்றம். தெளிவாக, உற்பத்தி சிக்கல்கள் வடிவமைப்பை பெரிய அளவில் ஏற்றுக்கொள்வதற்கான சாத்தியக்கூறுகளில் ஆழமான தாக்கத்தை ஏற்படுத்தும்.
இடுகை நேரம்: செப்-09-2022