De réir tuairiscí sna meáin choigríche, tá grúpa taighdeoirí i Saotharlann Náisiúnta Brookhaven (Saotharlann Náisiúnta Brookhaven) de chuid Roinn Fuinnimh na SA (DOE) tar éis mionsonraí nua a chinneadh faoi mheicníocht imoibriúcháin inmheánach cadhnraí anóid miotail litiam. , Céim thábhachtach do chadhnraí feithiclí leictreacha níos saoire.

Taighdeoirí ceallraí i Saotharlann Náisiúnta Brookhaven (Foinse íomhá: Saotharlann Náisiúnta Brookhaven)

Athmhonarú anóid litiam

Ó fhóin chliste go feithiclí leictreacha, is féidir linn an traidisiún a fheiceáil. Cé gur chuir cadhnraí litiam ar chumas go leor teicneolaíochtaí a úsáid go forleathan, tá dúshláin fós rompu maidir le cumhacht fadraoin a sholáthar d’fheithiclí leictreacha.

Tá sé mar aidhm ag Battery500, comhghuaillíocht faoi stiúir taighdeoirí ollscoile arna maoiniú ag Saotharlann Náisiúnta an Aigéin Chiúin (PNNL) de chuid Roinn Fuinnimh na SA agus Roinn Fuinnimh na SA, cill ceallraí a chruthú le dlús fuinnimh 500Wh / kg. Is é sin le rá, is é dlús fuinnimh na gcadhnraí is úire inniu. Chuige sin, díríonn an chomhghuaillíocht ar chadhnraí déanta as anóidí miotail litiam.

Úsáideann cadhnraí miotail litiam miotail litiam mar an anóid. I gcodarsnacht leis sin, úsáideann an chuid is mó de chadhnraí litiam graifít mar an anóid. “Tá an anóid litiam ar cheann de na príomhfhachtóirí chun sprioc dlús fuinnimh Battery500 a bhaint amach,” a dúirt na taighdeoirí. “Is é an buntáiste go bhfuil an dlús fuinnimh dhá oiread dlús na gcadhnraí atá ann cheana. Ar dtús, tá cumas sonrach an anóid an-ard; sa dara háit, is féidir leat ceallraí voltais níos airde a bheith agat, agus is féidir go mbeidh dlús fuinnimh níos airde ag an teaglaim den dá cheann. ”

Is fada a aithníonn eolaithe na buntáistí a bhaineann le anóidí litiam; i ndáiríre, is é an anóid miotail litiam an chéad anóid atá cúpláilte leis an gcatóid ceallraí. Mar gheall ar easpa “inchúlaitheacht” an anóid, áfach, is é sin, an cumas luchtaithe trí imoibriú leictriceimiceach inchúlaithe, chríochnaigh taighdeoirí ceallraí anóidí graifíte in ionad anóidí miotail litiam chun cadhnraí litiam a dhéanamh.

Anois, tar éis blianta fada de dhul chun cinn, tá taighdeoirí muiníneach anóid inchúlaithe miotail litiam a bhaint amach chun teorainneacha cadhnraí litiam a bhrú. Is í an eochair an comhéadan, an ciseal ábhair sholadaigh a fhoirmíonn ar leictreoidí na ceallraí le linn an imoibrithe leictriceimiceach.

“Más féidir linn an comhéadan seo a thuiscint go hiomlán, féadann sé treoir thábhachtach a sholáthar maidir le dearadh agus déantúsaíocht anóidí litiam inchúlaithe,” a dúirt na taighdeoirí. “Ach is dúshlán mór é an comhéadan seo a thuiscint toisc gur sraith an-tanaí d’ábhar é, gan ach cúpla nanaiméadar tiubh, agus tá sé íogair don aer agus don taise, agus mar sin tá sé deacair samplaí a láimhseáil.”

Tá an comhéadan seo le feiceáil i NSLS-II

D’fhonn na dúshláin seo a réiteach agus comhdhéanamh agus struchtúr ceimiceach an chomhéadain a “fheiceáil”, bhain na taighdeoirí úsáid as Foinse Solais Radaíochta Synchrotron Náisiúnta II (NSLS-II), saoráid úsáideora de chuid Saotharlann Náisiúnta Oifig Eolaíochta DOE i Saotharlann Náisiúnta Brookhaven, a tháirgeann X-ghathanna thar a bheith geal chun staidéar a dhéanamh ar airíonna ábhartha an chomhéadain ar an scála adamhach.

Chomh maith le hardchumais nSLS-II a úsáid, ní mór don fhoireann líne bhíoma (stáisiún turgnamhach) a úsáid a fhéadann comhpháirteanna uile an chomhéadain a bhrath, agus X-ghathanna ardfhuinnimh (gearr-tonnfhaid) a úsáid chun criostalach a bhrath agus céimeanna éagruthacha.

“Ghlac foireann na ceimice le cur chuige ilmhód XPD, ag úsáid dhá theicníc éagsúla a sholáthraíonn an anailís bhíoma, díraonadh X-gha (XRD) agus an fheidhm dáilte (PDF),” a dúirt na taighdeoirí. “Is féidir le XRD staidéar a dhéanamh ar chéimeanna criostail, agus is féidir le PDF staidéar a dhéanamh ar chéimeanna éagruthacha.”

Léirigh anailís XRD agus PDF torthaí corraitheacha: Tá hidríd litiam (LiH) sa chomhéadan. Le blianta fada anuas, tá eolaithe ag argóint faoi LiH a bheith sa chomhéadan, ag cruthú éiginnteachta faoin meicníocht imoibrithe bunúsach atá mar chomhéadan.

“Tá struchtúir criostail an-chosúil le LiH agus fluairíd litiam (LiF). Cheistigh roinnt daoine ár n-éileamh faoi fhionnachtain LiH a chreideann go ndéanaimid dearmad ar LiF as LiH, ”a dúirt an taighdeoir.

I bhfianaise na conspóide a bhain leis an staidéar agus na dúshláin theicniúla a bhaineann le LiH a idirdhealú ó LiF, chinn an fhoireann taighde iliomad píosaí fianaise a sholáthar go raibh LiH ann, lena n-áirítear turgnaimh ar nochtadh aeir a dhéanamh.

“Dúirt taighdeoirí:“ Tá LiF seasmhach san aer, ach tá LiH éagobhsaí. Má nochtann muid an comhéadan d’aer tais, agus má laghdaíonn méid na comhdhúile le himeacht ama, is féidir linn a dhearbhú go bhfuil LiH á fheiceáil againn, ní LiF, agus is LiF é. Mar gheall ar an deacracht idirdhealú a dhéanamh idir LiH agus LiF agus nár rinneadh an turgnamh nochta aeir riamh roimhe seo, is dóichí go ndéanfar dearmad ar LiH as LiF i go leor tuairiscí litríochta, nó ní thugtar faoi deara é mar gheall ar dhianscaoileadh LiH i dtimpeallacht tais. ”

Lean an taighdeoir ar aghaidh. “Tá an obair ullmhúcháin samplach a dhéanann PNNL ríthábhachtach don taighde seo. Táimid in amhras go dteipeann ar go leor daoine LiH a aithint toisc go raibh a gcuid samplaí nochtaithe do thimpeallacht tais roimh an turgnamh. ” Mura bhailigh tú na samplaí i gceart, séalaigh na samplaí agus na samplaí Loingseoireachta, b’fhéidir go gcaillfidh tú LiH. ”

Chomh maith le dearbhú go raibh LiH ann, réitigh an fhoireann rúndiamhair eile a bhí ann le fada an lá maidir le LiF. Meastar go bhfuil LiF ina chomhpháirt tairbhiúil den chomhéadan le fada, ach ní thuigeann aon duine an chúis go hiomlán. Chinn an fhoireann difríochtaí struchtúracha LiF laistigh den chomhéadan agus an chuid is mó de dhifríochtaí struchtúracha LiF féin, agus fuair siad amach gur chuir an chéad cheann iompar ian litiam chun cinn idir an anóid agus an catóide.

Leanann eolaithe ceallraí ó Shaotharlann Náisiúnta Brookhaven, saotharlanna náisiúnta eile, agus ollscoileanna ag comhoibriú. Dúirt na taighdeoirí go soláthróidh na torthaí seo treoir phraiticiúil a bhfuil géarghá léi d’fhorbairt anóidí miotail litiam.