ຂ່າວອຸດສາຫະກໍາ

ແບັດເຕີຣີໃCould່ສາມາດເອົາຊະນະຈຸດອ່ອນຂອງແບັດເຕີຣີ Lithium-Air ໄດ້

2021-06-16
ຫົວຂໍ້:
ເຕັກໂນໂລຍີແບັດເຕີຣີ, ວິທະຍາສາດວັດສະດຸ, Nanoscience, Nanotechnology, Nuclear, ເປັນທີ່ນິຍົມ
ໂດຍ DAVID L. CHANDLER, MIT NEWS JULY 26, 2016



ໃນແນວຄວາມຄິດໃfor່ສໍາລັບ cathodes ແບັດເຕີຣີ, ອະນຸພາກຂະ ໜາດ nanometer ທີ່ເຮັດດ້ວຍທາດ lithium ແລະທາດປະສົມອົກຊີເຈນ (ສະແດງເປັນສີແດງແລະສີຂາວ) ແມ່ນໄດ້dedັງຢູ່ໃນເສັ້ນຂອບຄ້າຍຄືກັບຟອງນ້ ຳ (ສີເຫຼືອງ) ຂອງ cobalt oxide, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ພວກມັນstableັ້ນຄົງ.

ນັກວິສະວະກອນຈາກ MIT ສະ ເໜີ ວ່າວັດສະດຸແບັດເຕີຣີລີທຽມ-ອົກຊີໃnew່ສາມາດຖືກຫຸ້ມຫໍ່ຢູ່ໃນແບັດເຕີຣີທີ່ຄ້າຍຄືກັນກັບແບັດເຕີຣີທີ່ປິດສະ ໜາ ປົກກະຕິແຕ່ຍັງໃຫ້ພະລັງງານຫຼາຍກວ່າເກົ່າສໍາລັບນໍ້າ ໜັກ ຂອງພວກມັນ.

ແບັດເຕີຣີ Lithium-air ຖືວ່າເປັນເຕັກໂນໂລຍີທີ່ມີຄວາມຫວັງສູງສໍາລັບລົດໄຟຟ້າແລະອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ສາມາດພົກພາໄດ້ເນື່ອງຈາກມີທ່າແຮງໃນການສະ ໜອງ ພະລັງງານສູງໃນອັດຕາສ່ວນກັບນໍ້າ ໜັກ ຂອງພວກມັນ. ແຕ່ແບັດເຕີຣີດັ່ງກ່າວມີຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ຮ້າຍແຮງພໍສົມຄວນ: ພວກມັນເສຍພະລັງງານຫຼາຍທີ່ສຸດທີ່ໄດ້ສີດເຂົ້າໄປແລ້ວເປັນຄວາມຮ້ອນແລະເຮັດໃຫ້ຊຸດໂຊມລົງຢ່າງໄວ. ພວກມັນຍັງຕ້ອງການອົງປະກອບພິເສດທີ່ມີລາຄາແພງເພື່ອປໍ້າອາຍແກັສອົກຊີແຊນເຂົ້າແລະອອກ, ໃນການຕັ້ງຄ່າຫ້ອງເປີດທີ່ແຕກຕ່າງຈາກແບັດເຕີຣີທີ່ປິດສະ ໜາ ປົກກະຕິ.

ແຕ່ການປ່ຽນແປງໃnew່ຂອງເຄມີຂອງແບັດເຕີຣີ, ເຊິ່ງສາມາດ ນຳ ໃຊ້ໄດ້ໃນແບັດເຕີຣີ ທຳ ມະດາ, ປິດຢ່າງສະນິດ, ສັນຍາວ່າຈະມີການປະຕິບັດທາງທິດສະດີຄ້າຍຄືກັນກັບແບັດເຕີຣີລິທຽມອາກາດ, ໃນຂະນະທີ່ເອົາຊະນະຈຸດອ່ອນທັງtheseົດເຫຼົ່ານີ້.

ແນວຄວາມຄິດແບັດເຕີຣີໃ,່, ເອີ້ນວ່າແບັດເຕີຣີ nanolithia cathode, ໄດ້ບັນຍາຍໄວ້ໃນວາລະສານ Nature Energy ຢູ່ໃນເຈ້ຍໂດຍ Ju Li, ອາຈານພັນທະມິດພະລັງງານ Battelle ຂອງວິທະຍາສາດແລະວິສະວະກໍານິວເຄຼຍທີ່ MIT; postdoc Zhi Zhu; ແລະອີກຫ້າຄົນຢູ່ທີ່ MIT, ຫ້ອງທົດລອງແຫ່ງຊາດ Argonne, ແລະມະຫາວິທະຍາໄລ Peking ໃນປະເທດຈີນ.

ໜຶ່ງ ໃນຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງແບັດເຕີຣີ lithium-air, Li ອະທິບາຍ, ແມ່ນຄວາມບໍ່ກົງກັນລະຫວ່າງແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການສາກໄຟແລະການສາກແບັດເຕີຣີອອກ. ແຮງດັນຂອງâໍ້ໄຟຂອງແບັດເຕີຣີມີຫຼາຍກວ່າ 1.2 ໂວນຕໍ່າກວ່າແຮງດັນທີ່ໃຊ້ເພື່ອສາກພວກມັນ, ເຊິ່ງສະແດງເຖິງການສູນເສຍພະລັງງານທີ່ ສຳ ຄັນທີ່ເກີດຂຶ້ນໃນແຕ່ລະຮອບການສາກ. waste œœເຈົ້າເສຍພະລັງງານໄຟຟ້າ 30 ເປີເຊັນເປັນຄວາມຮ້ອນໃນການສາກໄຟ. says ¦ actually ມັນສາມາດເຜົາໄif້ໄດ້ແທ້ you ຖ້າເຈົ້າສາກໄຟມັນໄວເກີນໄປ,” ລາວເວົ້າ.

ຢູ່ຢ່າງັ້ນຄົງ

ແບັດເຕີຣີລິທຽມອາກາດ ທຳ ມະດາດຶງດູດອົກຊີອອກຈາກອາກາດພາຍນອກເພື່ອເຮັດໃຫ້ເກີດປະຕິກິລິຍາທາງເຄມີກັບລິທຽມຂອງແບັດເຕີຣີໃນລະຫວ່າງວົງຈອນການຂັບຖ່າຍ, ແລະຈາກນັ້ນອົກຊີເຈນນີ້ຈະຖືກປ່ອຍອອກສູ່ຊັ້ນບັນຍາກາດອີກຄັ້ງໃນລະຫວ່າງການປະຕິກິລິຍາກັບຄືນໃນຮອບວຽນການສາກ.

ໃນຕົວປ່ຽນອັນໃ,່, ປະຕິກິລິຍາທາງໄຟຟ້າປະເພດດຽວກັນເກີດຂື້ນລະຫວ່າງລີທຽມແລະອົກຊີໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟແລະການສາກໄຟ, ແຕ່ມັນເກີດຂຶ້ນໂດຍທີ່ບໍ່ເຄີຍປ່ອຍໃຫ້ອົກຊີແຊນກັບຄືນໄປເປັນຮູບທາດອາຍ. ແທນທີ່ຈະ, ອົກຊີເຈນຢູ່ພາຍໃນຂອງແຂງແລະປ່ຽນໂດຍກົງລະຫວ່າງສາມລັດ redox ຂອງມັນ, ໃນຂະນະທີ່ຖືກຜູກມັດໃນຮູບແບບຂອງທາດປະສົມເຄມີແຂງສາມຊະນິດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, Li2O, Li2O2, ແລະ LiO2, ເຊິ່ງປະສົມເຂົ້າກັນໃນຮູບແບບແກ້ວ. ອັນນີ້ຊ່ວຍຫຼຸດການສູນເສຍແຮງດັນລົງໂດຍປັດໃຈຫ້າ, ຈາກ 1,2 ໂວນເປັນ 0,24 ໂວນ, ສະນັ້ນພຽງແຕ່ 8 ສ່ວນຮ້ອຍຂອງພະລັງງານໄຟຟ້າທີ່ຫັນມາເປັນຄວາມຮ້ອນ. says his ນີ້meansາຍຄວາມວ່າສາກໄຟລົດໄດ້ໄວກວ່າ, ເພາະວ່າການ ກຳ ຈັດຄວາມຮ້ອນອອກຈາກຊຸດແບັດເຕີຣີບໍ່ມີຄວາມເປັນຫ່ວງດ້ານຄວາມປອດໄພ ໜ້ອຍ, ລວມທັງປະໂຫຍດດ້ານປະສິດທິພາບດ້ານພະລັງງານ.

ວິທີການນີ້ຊ່ວຍແກ້ໄຂບັນຫາອື່ນດ້ວຍແບັດເຕີຣີລິທຽມອາກາດ: ເນື່ອງຈາກປະຕິກິລິຍາທາງເຄມີທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການສາກໄຟແລະການປ່ອຍໄຟຟ້າຈະປ່ຽນອົກຊີແຊນລະຫວ່າງຮູບແບບທາດອາຍແລະແຂງ, ວັດສະດຸຈະຜ່ານການປ່ຽນແປງປະລິມານຫຼາຍທີ່ສາມາດຂັດຂວາງເສັ້ນທາງການນໍາໄຟຟ້າໃນໂຄງສ້າງ, ຈໍາກັດຢ່າງຮ້າຍແຮງຕໍ່ຊີວິດຂອງມັນ. .

ຄວາມລັບຂອງການສ້າງຮູບແບບໃis່ແມ່ນການສ້າງອະນຸພາກຂະ ໜາດ ນ້ອຍ, ຢູ່ໃນລະດັບ nanometer (ຕື້ວິນາທີຂອງແມັດ), ເຊິ່ງບັນຈຸທັງທາດລິທຽມແລະອົກຊີໃນຮູບຂອງແກ້ວ, ຖືກກັກໄວ້ ແໜ້ນ ແໜ້ນ ຢູ່ພາຍໃນມາຕຣິກຂອງ cobalt oxide. ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ກ່າວເຖິງອະນຸພາກເຫຼົ່ານີ້ວ່າເປັນ nanolithia. ລາວເວົ້າວ່າໃນຮູບແບບນີ້, ການປ່ຽນລະຫວ່າງ LiO2, Li2O2, ແລະ Li2O ສາມາດເກີດຂຶ້ນໄດ້ທັງinsideົດພາຍໃນວັດສະດຸແຂງ, ລາວເວົ້າ.

ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວອະນຸພາກ nanolithia ຈະບໍ່ableັ້ນຄົງຫຼາຍ, ສະນັ້ນນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້themັງພວກມັນໄວ້ພາຍໃນມາຕຣິກ oxide cobalt, ເປັນວັດສະດຸຄ້າຍຄືກັບຟອງນ້ ຳ ທີ່ມີຮູຂຸມຂົນພຽງແຕ່ສອງສາມນາໂນແມັດເທົ່ານັ້ນ. ມາຕຣິກເບື້ອງເຮັດໃຫ້ອະນຸພາກizesັ້ນຄົງແລະຍັງເຮັດ ໜ້າ ທີ່ເປັນຕົວກະຕຸ້ນການປ່ຽນແປງຂອງມັນ.

Li ອະທິບາຍວ່າແບັດເຕີຣີລິທຽມອາກາດແບບ ທຳ ມະດາ, ແມ່ນແບັດເຕີຣີອົກຊີເຈນທີ່ເປັນລີທຽມແຫ້ງແທ້ally, ເພາະວ່າມັນບໍ່ສາມາດຮັບມືກັບຄວາມຊຸ່ມຫຼືຄາບອນໄດອອກໄຊໄດ້ແທ້€, ສະນັ້ນສິ່ງເຫຼົ່ານີ້ຕ້ອງໄດ້ຖູຢ່າງລະມັດລະວັງຈາກອາກາດທີ່ເຂົ້າມາ. ແບັດເຕີຣີ. "ເຈົ້າຕ້ອງການລະບົບຊ່ວຍຂະ ໜາດ ໃຫຍ່ເພື່ອເອົາຄາບອນໄດອອກໄຊແລະນໍ້າອອກ, ແລະມັນຍາກຫຼາຍທີ່ຈະເຮັດອັນນີ້." ແຕ່ແບັດເຕີຣີໃ,່, ເຊິ່ງບໍ່ເຄີຍຕ້ອງການດຶງເຂົ້າໄປໃນອາກາດພາຍນອກ, ຫຼີກເວັ້ນບັນຫານີ້.

ບໍ່ມີການເກັບເງິນເກີນ

ທີມງານກ່າວວ່າແບັດເຕີຣີໃis່ຍັງໄດ້ຮັບການປົກປ້ອງຈາກການສາກຫຼາຍເກີນໄປ, ປະຕິກິລິຍາທາງເຄມີໃນກໍລະນີນີ້ແມ່ນມີການ ຈຳ ກັດຕົວເອງໂດຍ ທຳ ມະຊາດເມື່ອສາກຫຼາຍເກີນໄປ, ປະຕິກິລິຍາຈະປ່ຽນໄປສູ່ຮູບແບບອື່ນທີ່ປ້ອງກັນການເຄື່ອນໄຫວຕໍ່ໄປ. Li ເວົ້າວ່າ“ ດ້ວຍແບັດເຕີຣີທົ່ວໄປ, ຖ້າເຈົ້າສາກມັນຫຼາຍເກີນໄປ, ມັນສາມາດເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເສຍຫາຍຕໍ່ໂຄງສ້າງທີ່ບໍ່ສາມາດປີ້ນກັບຄືນໄດ້ຫຼືແມ່ນແຕ່ລະເບີດໄດ້.” ແຕ່ດ້ວຍແບັດເຕີຣີ nanolithia, œœœພວກເຮົາໄດ້ສາກແບັດເຕີຣີຫຼາຍເກີນໄປເປັນເວລາ 15 ມື້, ເຖິງຄວາມຈຸຂອງມັນເຕັມຮ້ອຍເທົ່າ, ແຕ່ບໍ່ມີຄວາມເສຍຫາຍເລີຍ.

ໃນການທົດສອບການຂີ່ລົດຖີບ, ແບັດເຕີຣີໃversion່ຢູ່ໃນຫ້ອງທົດລອງແມ່ນໄດ້ຜ່ານການສາກການສາກແບັດເຕີຣີ 120 ຮອບ, ແລະສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າມີການສູນເສຍຄວາມສາມາດ ໜ້ອຍ ກວ່າ 2 ເປີເຊັນ, ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າແບັດເຕີຣີດັ່ງກ່າວສາມາດມີອາຍຸການ ນຳ ໃຊ້ທີ່ຍາວນານໄດ້. ແລະເນື່ອງຈາກແບັດເຕີຣີດັ່ງກ່າວສາມາດຖືກຕິດຕັ້ງແລະໃຊ້ງານໄດ້ຄືກັນກັບແບັດເຕີຣີລິທຽມໄອອອນແຂງແຂງແບບ ທຳ ມະດາ, ໂດຍບໍ່ມີສ່ວນປະກອບເສີມໃດ ​​needed ທີ່ຕ້ອງການ ສຳ ລັບແບັດເຕີຣີລີທຽມ-ອາກາດ, ພວກມັນສາມາດປັບເຂົ້າກັບການຕິດຕັ້ງທີ່ມີຢູ່ແລ້ວຫຼືການອອກແບບຊຸດແບັດເຕີຣີ ທຳ ມະດາ ສຳ ລັບລົດຍົນ, ເຄື່ອງໃຊ້ໄຟຟ້າ, ຫຼືແມ່ນແຕ່ການເກັບພະລັງງານຂະ ໜາດ ຕາຂ່າຍໄຟຟ້າ.

ເນື່ອງຈາກວ່າເຫຼົ່ານີ້ກໍ່ cathodes oxygenâທີ່ຫມັ້ນຄົງມີຫຼາຍສີມ້ານກວ່າທໍາມະດາ lithium-ion ແຜ່ນຫມໍ້ໄຟ, ການອອກແບບໃຫມ່ສາມາດເກັບຮັກສາໃຫ້ຫຼາຍເທົ່າທີ່ເປັນຄູ່ຈໍານວນຂອງພະລັງງານສໍາລັບນ້ໍາຫນັກແຄໂທດໃຫ້, ທີມງານເວົ້າວ່າ. ທ່ານ Li ກ່າວວ່າ, ແລະດ້ວຍການປັບປຸງການອອກແບບຕື່ມອີກ, ໃນທີ່ສຸດແບັດເຕີຣີໃcould່ສາມາດເພີ່ມຄວາມຈຸໄດ້ອີກສອງເທົ່າ.

ທັງthisົດນີ້ແມ່ນບັນລຸໄດ້ໂດຍບໍ່ຕ້ອງເພີ່ມອົງປະກອບຫຼືວັດສະດຸທີ່ມີລາຄາແພງໃດ according, ອີງຕາມ ຄຳ ເວົ້າຂອງ Li. ລາວເວົ້າວ່າກາກບອນທີ່ພວກເຂົາໃຊ້ເປັນທາດໄຟຟ້າຂອງແຫຼວໃນແບັດເຕີຣີນີ້, ແມ່ນເຄື່ອງໄຟຟ້າປະເພດທີ່ມີລາຄາຖືກທີ່ສຸດ, ລາວເວົ້າ. ແລະອົງປະກອບຂອງ cobalt oxide ມີນໍ້າ ໜັກ ໜ້ອຍ ກວ່າ 50 ສ່ວນຮ້ອຍຂອງອົງປະກອບ nanolithia. ໂດຍລວມແລ້ວ, ລະບົບແບັດເຕີຣີໃis່ແມ່ນສາມາດປັບຂະ ໜາດ ໄດ້ຫຼາຍ, ລາຄາຖືກ, ແລະປອດໄພກວ່າແບັດເຕີຣີລີທຽມອາກາດ.

ທີມງານຄາດວ່າຈະຍ້າຍຈາກຫຼັກຖານສະແດງແນວຄວາມຄິດໃນລະດັບຫ້ອງທົດລອງນີ້ໄປເປັນຕົວທົດລອງຕົວຈິງໄດ້ພາຍໃນປະມານ ໜຶ່ງ ປີ.

ທ່ານ Xiulei Ji, ຜູ້ຊ່ວຍສາດສະດາຈານດ້ານເຄມີສາດຢູ່ມະຫາວິທະຍາໄລລັດ Oregon, ຜູ້ທີ່ບໍ່ໄດ້ມີສ່ວນຮ່ວມໃນວຽກນີ້. œœœຢູ່ໃນລະບົບນີ້, ໄຟຟ້າໃຊ້ກາກບອນທີ່ໃຊ້ໃນທາງການຄ້າເຮັດວຽກໄດ້ດີຫຼາຍກັບລະບົບເກັບມ້ຽນ superoxide ທີ່ໄດ້ລະລາຍ, ເຊິ່ງເປັນສິ່ງທີ່ ໜ້າ ປະທັບໃຈຫຼາຍແລະອາດຈະກ່ຽວຂ້ອງກັບການຂາດ O2 ທີ່ມີທາດອາຍໃນລະບົບປິດສະ ໜາ ນີ້. ມວນສານທັງactiveົດທີ່ເຄື່ອນໄຫວຢູ່ຂອງ cathode ຕະຫຼອດການຂີ່ລົດຖີບແມ່ນແຂງ, ເຊິ່ງບໍ່ພຽງແຕ່ສະແດງເຖິງຄວາມ ໜາ ແໜ້ນ ຂອງພະລັງງານຂະ ໜາດ ໃຫຍ່ເທົ່ານັ້ນແຕ່ຍັງເຂົ້າກັນໄດ້ກັບພື້ນຖານໂຄງລ່າງການຜະລິດແບັດເຕີຣີໃນປະຈຸບັນ.

ທີມຄົ້ນຄ້ວາລວມມີນັກວິທະຍາສາດຄົ້ນຄ້ວາ MIT Akihiro Kushima ແລະ Zongyou Yin; Lu Qi ຂອງມະຫາວິທະຍາໄລປັກກິ່ງ; ແລະ Khalil Amine ແລະ Jun Lu ຈາກຫ້ອງທົດລອງແຫ່ງຊາດ Argonne ໃນລັດ Illinois. ວຽກງານດັ່ງກ່າວໄດ້ຮັບການສະ ໜັບ ສະ ໜູນ ຈາກມູນນິທິວິທະຍາສາດແຫ່ງຊາດແລະກະຊວງພະລັງງານຂອງສະຫະລັດ.
ສິ່ງພິມ: Zhi Zhu, et al., hod n nAnion-redox nanolithia cathodes ສຳ ລັບແບັດເຕີຣີ Li-ion, € Energy ພະລັງງານ ທຳ ມະຊາດ 1, ເລກບົດຄວາມ: 16111 (2016); ດອຍ: 10.1038/nenergy.2016.111