Teknoloji: Yarının pilleri
Yoğunluğa bağlıdır
Kostiantyn Kravchyk Empa’da yeni piller araştırıyor
© press-inform – basın ofisi
Geleceğin pili söz konusu olduğunda kullanım amacına bağlı. Yüksek enerji yoğunluğuna sahip piller tercih edilir ancak daha pahalıdır. Ucuz piller enerji depolama açısından önemlidir. Araştırmacılar yarının pilleri üzerinde yoğun şekilde çalışıyor.
Etkileyici menziller ve şarj hızları vaat eden mucize pillerden her zaman söz edilir. Ama gerçek farklıdır. Elektrokimya duyuru kağıdına göre çok daha zordur ve sabırlıdır. Bunun iyi bir örneği, çeşitli otomobil ve ticari araç üreticilerinin tahminlerine ve vaatlerine inanılırsa, halihazırda günlük yaşamın bir parçası haline gelmiş olması gereken katı hal pilleridir. Bunun yerine, lityum iyon piller uzun bir süre elektrikli araçların güç kaynağının omurgasını oluşturmaya devam edecek. Columbus’un elektromobilite yumurtasını bulmak için araştırmacıların birçok parametreyi uzlaştırması gerekiyor. Büyük bir meydan okuma. Bu zaten elektrik depolama sisteminin spesifikasyonlarının tanımlanmasıyla başlıyor.
Yoğunluğa bağlıdır
Pil hakkında önemli olan nedir? Uzun yol araçları için kapasite, yani menzil? Hızlı yüklensin mi? Yoksa ucuz mu? Küçük arabalarda veya sabit enerji depolama cihazlarında durum böyledir. Teknisyenlerin görevi her uygulama için mükemmel akü bileşimini bulmaktır. Her pil bir katot, bir anot ve iyonları katottan anoda veya katottan anoda ileten elektrolitten oluşur. Hücrenin o anda şarj veya deşarj olmasına bağlı olarak. Buraya kadar çok açık. Ama şimdi tamircilik başlıyor. Mümkün olduğu kadar kompakt ve genellikle daha hafif piller elde etmek için enerji yoğunluğunun artırılması gerekiyor, bu da aynı kurulum alanında daha fazla menzil vaat ediyor.
Empa’da (Federal Malzeme Test ve Araştırma Enstitüsü) yarının pillerini araştıran Kostiantyn Kravchyk, “Grafit yerine saf metalik lityumdan yapılmış bir anotla, aynı büyüklükteki bir hücrede birçok kat daha fazla enerji depolayabiliriz” diye açıklıyor. . Bu, elektromobilite için büyük ikramiyenin bulunduğu anlamına geliyor. Elveda menzil kaygısı! Çok hızlı değil! Pili şarj ederken ve boşaltırken lityum eşit şekilde eklenip çıkarılmaz. Sonuç pek hoş değil. Kısa devreye neden olabilecek dendritler, yani metalik lityumdan yapılmış dallanmış yapılar oluşur.
Katı hal pillerinde kullanılan gibi katı bir elektrolit, dendritlerin büyümesini önemli ölçüde yavaşlatır. Ancak artık hızlı şarj devreye giriyor. Pillerin on ila on beş dakika içinde enerji sağlamasını istiyorsanız, katı hal pillerde bile dendritlerin oluşmasına neden olan yüksek bir akım yoğunluğuna (akım gücünün akımın aktığı alana oranı) ihtiyacınız vardır. Üstüne üstlük. Lityumun eşit olmayan şekilde uzaklaştırılması ve uygulanması nedeniyle elektrot ile katı elektrolit arasındaki sınırda boşluklar oluşur, bu da mevcut alanı azaltır ve akım yoğunluğunu daha da artırır ve dolayısıyla dendrit çoğalması riskini artırır. Kısır döngü.
Bu ikilemin çözümü, pillerde kullanım için ideal özellikler olan, yüksek iyonik iletkenliğe ve kimyasal stabiliteye sahip, lityum lantan zirkonyum oksitten (LLZO) yapılmış katı bir elektrolit olabilir. Kravchyk, “LLZO’yu yoğun ve gözenekli bir katmandan oluşan iki katmanlı bir zar halinde işledik” diye açıklıyor. Bu yapı zaten çözümün bir kısmını temsil ediyor. Lityumun gözeneklerde depolanması durumunda lityum ile elektrolit arasında çok geniş bir temas alanı oluşur ve akım yoğunluğu düşük kalır. Yoğun katman aynı zamanda dendritlerin diğer elektroda doğru büyümesini de önler. En iyisi en sonda gelir: Araştırmacılar bu iki katmanlı membranları üretmek için basit ve uygun maliyetli bir süreç geliştirdiler.
Ancak araştırmacıların göz önünde bulundurduğu enerji geçişinin tek alanı bu değil. Elektrik gereksinimlerini yönetmek için mümkün olduğunca çok sayıda sabit depolama cihazı gereklidir. Bunlar “ikinci ömürlü” piller, yani elektrikli arabalardan atılan piller olabilir. Ancak pahalı ve nadir bulunan ham maddeleri, giderek daha karmaşık hale gelen geri dönüşüm süreçleriyle yeniden kullanılabilir. Araştırmacıların görevi, büyük ölçekte kullanılabilecek mümkün olan en ucuz sabit depolama sistemlerini geliştirmek ve böylece pillere kıyasla çok düşük enerji yoğunluğuna sahip, nispeten verimsiz pompalı depolamalı enerji santrallerinin yerini yavaş yavaş değiştirmektir.
Bu zorluğun anahtarı malzemelerdir. Lityum iyon pillerde katot kobalt ve nikelden yapılmıştır. Peki ya bunun yerine çok daha ucuz olan demir kullansaydınız? Böylece mühendisler katodu demir(III) hidroksiflorür ile birleştiriyor. İşin püf noktası, florürlerin elektronlar ve lityum iyonları için zayıf iletkenliğe sahip olmasıdır. Çözüm basit ve pahalı değil. Araştırmacılar demir(III) hidroksiflorürü özel bir kristal yapıya yerleştirdiler. Bu sözde piroklor yapısı, içinde lityum iyonlarını ileten geçitler içerir. Kravchyk mutlu bir şekilde şunları söylüyor: “Pilimizle önemli ölçüde daha düşük bir fiyata benzer bir performans elde edebildik” ve şunu ekliyor: “Şimdiye kadar neredeyse hiç kimsenin bu gelecek vaat eden malzemenin maliyet etkin bir şekilde nasıl üretilebileceğini araştırmamış olmasına şaşırdık.” Umut verici görünüyor. Artık bu pillerin günlük testleri geçmesi gerekiyor.
basın bülteni
#Konular
Yoğunluğa bağlıdır
Kostiantyn Kravchyk Empa’da yeni piller araştırıyor
© press-inform – basın ofisi
Geleceğin pili söz konusu olduğunda kullanım amacına bağlı. Yüksek enerji yoğunluğuna sahip piller tercih edilir ancak daha pahalıdır. Ucuz piller enerji depolama açısından önemlidir. Araştırmacılar yarının pilleri üzerinde yoğun şekilde çalışıyor.
Etkileyici menziller ve şarj hızları vaat eden mucize pillerden her zaman söz edilir. Ama gerçek farklıdır. Elektrokimya duyuru kağıdına göre çok daha zordur ve sabırlıdır. Bunun iyi bir örneği, çeşitli otomobil ve ticari araç üreticilerinin tahminlerine ve vaatlerine inanılırsa, halihazırda günlük yaşamın bir parçası haline gelmiş olması gereken katı hal pilleridir. Bunun yerine, lityum iyon piller uzun bir süre elektrikli araçların güç kaynağının omurgasını oluşturmaya devam edecek. Columbus’un elektromobilite yumurtasını bulmak için araştırmacıların birçok parametreyi uzlaştırması gerekiyor. Büyük bir meydan okuma. Bu zaten elektrik depolama sisteminin spesifikasyonlarının tanımlanmasıyla başlıyor.
Yoğunluğa bağlıdır
Pil hakkında önemli olan nedir? Uzun yol araçları için kapasite, yani menzil? Hızlı yüklensin mi? Yoksa ucuz mu? Küçük arabalarda veya sabit enerji depolama cihazlarında durum böyledir. Teknisyenlerin görevi her uygulama için mükemmel akü bileşimini bulmaktır. Her pil bir katot, bir anot ve iyonları katottan anoda veya katottan anoda ileten elektrolitten oluşur. Hücrenin o anda şarj veya deşarj olmasına bağlı olarak. Buraya kadar çok açık. Ama şimdi tamircilik başlıyor. Mümkün olduğu kadar kompakt ve genellikle daha hafif piller elde etmek için enerji yoğunluğunun artırılması gerekiyor, bu da aynı kurulum alanında daha fazla menzil vaat ediyor.
Empa’da (Federal Malzeme Test ve Araştırma Enstitüsü) yarının pillerini araştıran Kostiantyn Kravchyk, “Grafit yerine saf metalik lityumdan yapılmış bir anotla, aynı büyüklükteki bir hücrede birçok kat daha fazla enerji depolayabiliriz” diye açıklıyor. . Bu, elektromobilite için büyük ikramiyenin bulunduğu anlamına geliyor. Elveda menzil kaygısı! Çok hızlı değil! Pili şarj ederken ve boşaltırken lityum eşit şekilde eklenip çıkarılmaz. Sonuç pek hoş değil. Kısa devreye neden olabilecek dendritler, yani metalik lityumdan yapılmış dallanmış yapılar oluşur.
Katı hal pillerinde kullanılan gibi katı bir elektrolit, dendritlerin büyümesini önemli ölçüde yavaşlatır. Ancak artık hızlı şarj devreye giriyor. Pillerin on ila on beş dakika içinde enerji sağlamasını istiyorsanız, katı hal pillerde bile dendritlerin oluşmasına neden olan yüksek bir akım yoğunluğuna (akım gücünün akımın aktığı alana oranı) ihtiyacınız vardır. Üstüne üstlük. Lityumun eşit olmayan şekilde uzaklaştırılması ve uygulanması nedeniyle elektrot ile katı elektrolit arasındaki sınırda boşluklar oluşur, bu da mevcut alanı azaltır ve akım yoğunluğunu daha da artırır ve dolayısıyla dendrit çoğalması riskini artırır. Kısır döngü.
Bu ikilemin çözümü, pillerde kullanım için ideal özellikler olan, yüksek iyonik iletkenliğe ve kimyasal stabiliteye sahip, lityum lantan zirkonyum oksitten (LLZO) yapılmış katı bir elektrolit olabilir. Kravchyk, “LLZO’yu yoğun ve gözenekli bir katmandan oluşan iki katmanlı bir zar halinde işledik” diye açıklıyor. Bu yapı zaten çözümün bir kısmını temsil ediyor. Lityumun gözeneklerde depolanması durumunda lityum ile elektrolit arasında çok geniş bir temas alanı oluşur ve akım yoğunluğu düşük kalır. Yoğun katman aynı zamanda dendritlerin diğer elektroda doğru büyümesini de önler. En iyisi en sonda gelir: Araştırmacılar bu iki katmanlı membranları üretmek için basit ve uygun maliyetli bir süreç geliştirdiler.
Ancak araştırmacıların göz önünde bulundurduğu enerji geçişinin tek alanı bu değil. Elektrik gereksinimlerini yönetmek için mümkün olduğunca çok sayıda sabit depolama cihazı gereklidir. Bunlar “ikinci ömürlü” piller, yani elektrikli arabalardan atılan piller olabilir. Ancak pahalı ve nadir bulunan ham maddeleri, giderek daha karmaşık hale gelen geri dönüşüm süreçleriyle yeniden kullanılabilir. Araştırmacıların görevi, büyük ölçekte kullanılabilecek mümkün olan en ucuz sabit depolama sistemlerini geliştirmek ve böylece pillere kıyasla çok düşük enerji yoğunluğuna sahip, nispeten verimsiz pompalı depolamalı enerji santrallerinin yerini yavaş yavaş değiştirmektir.
Bu zorluğun anahtarı malzemelerdir. Lityum iyon pillerde katot kobalt ve nikelden yapılmıştır. Peki ya bunun yerine çok daha ucuz olan demir kullansaydınız? Böylece mühendisler katodu demir(III) hidroksiflorür ile birleştiriyor. İşin püf noktası, florürlerin elektronlar ve lityum iyonları için zayıf iletkenliğe sahip olmasıdır. Çözüm basit ve pahalı değil. Araştırmacılar demir(III) hidroksiflorürü özel bir kristal yapıya yerleştirdiler. Bu sözde piroklor yapısı, içinde lityum iyonlarını ileten geçitler içerir. Kravchyk mutlu bir şekilde şunları söylüyor: “Pilimizle önemli ölçüde daha düşük bir fiyata benzer bir performans elde edebildik” ve şunu ekliyor: “Şimdiye kadar neredeyse hiç kimsenin bu gelecek vaat eden malzemenin maliyet etkin bir şekilde nasıl üretilebileceğini araştırmamış olmasına şaşırdık.” Umut verici görünüyor. Artık bu pillerin günlük testleri geçmesi gerekiyor.
basın bülteni
#Konular