Tá an gá práinneach le hastaíochtaí carbóin a laghdú ag tiomáint gluaiseacht tapa i dtreo iompar leictrithe agus leathnú ar imscaradh cumhachta gréine agus gaoithe ar an eangach.Má thagann méadú ar na treochtaí seo mar a bhíothas ag súil leis, méadóidh an gá atá le modhanna níos fearr chun fuinneamh leictreach a stóráil.
Teastaíonn uainn na straitéisí go léir is féidir linn a fháil chun aghaidh a thabhairt ar bhagairt an athraithe aeráide, a deir an Dr Elsa Olivetti, ollamh comhlach le heolaíocht ábhar agus innealtóireacht ag Esther agus Harold E. Edgerton.Is léir go bhfuil forbairt teicneolaíochtaí mais-stórála bunaithe ar ghreille ríthábhachtach.Ach maidir le feidhmchláir shoghluaiste - go háirithe iompar - tá go leor taighde dírithe ar oiriúnú an lae inniucadhnraí litiam-iana bheith níos sábháilte, níos lú agus in ann níos mó fuinnimh a stóráil dá mhéid agus dá meáchan.
Leanann cadhnraí litiam-ian traidisiúnta ag feabhsú, ach tá a gcuid teorainneacha fós, go páirteach mar gheall ar a struchtúr.Is éard atá i gcadhnraí litiam-ian ná dhá leictreoid, ceann amháin dearfach agus ceann diúltach, atá ceapaithe i leacht orgánach (ina bhfuil carbóin).Nuair a dhéantar an ceallraí a mhuirearú agus a urscaoileadh, cuirtear cáithníní litiam luchtaithe (nó iain) ar aghaidh ó leictreoid amháin go dtí an ceann eile tríd an leictrilít leachtach.
Fadhb amháin leis an dearadh seo ná go bhféadfadh an leictrilít leachtach éirí so-ghalaithe agus dul trí thine ag voltais agus teochtaí áirithe.Tá na cadhnraí sábháilte go ginearálta faoi ghnáthúsáid, ach tá an riosca fós ann, a deir an Dr Kevin Huang Ph.D.'15, eolaí taighde i ngrúpa Olivetti.
Fadhb eile ná nach bhfuil cadhnraí litiam-ian oiriúnach le húsáid i gcarranna.Tógann pacáistí ceallraí móra, troma spás, méadóidh siad meáchan iomlán na feithicle agus laghdaítear éifeachtúlacht breosla.Ach tá sé deacair cadhnraí litiam-ian an lae inniu a dhéanamh níos lú agus níos éadroime agus iad ag cothabháil a ndlús fuinnimh - an méid fuinnimh a stóráiltear in aghaidh gach graim den mheáchan.
Chun na fadhbanna seo a réiteach, tá taighdeoirí ag athrú príomhghnéithe cadhnraí litiam-ian chun leagan uile-soladach, nó soladach-stáit, a chruthú.Tá siad ag athsholáthar an leictrilít leachtach sa lár le leictrilít soladach tanaí atá cobhsaí thar raon leathan voltas agus teochtaí.Leis an leictrilít soladach seo, d'úsáid siad leictreoid dhearfach ard-acmhainn agus leictreoid dhiúltach miotail litiam ard-acmhainn a bhí i bhfad níos lú tiubh ná an gnáthchiseal carbóin scagach.Ligeann na hathruithe seo do chill iomlán i bhfad níos lú agus a cumas stórála fuinnimh á chothabháil, rud a fhágann go bhfuil dlús fuinnimh níos airde ann.
Na gnéithe seo - sábháilteacht fheabhsaithe agus dlús fuinnimh níos mó- is dócha gurb iad an dá bhuntáiste is coitianta a bhaineann le cadhnraí soladstaide ionchasacha, ach tá na rudaí seo go léir réamhbhreathnaitheach agus ag súil leo, agus ní gá gur féidir iad a bhaint amach.Mar sin féin, tá go leor taighdeoirí ag streachailt leis an bhféidearthacht seo chun na hábhair agus na dearaí a aimsiú a chomhlíonfaidh an gealltanas seo.
Ag smaoineamh thar an tsaotharlann
Tá taighdeoirí tar éis teacht ar roinnt cásanna suimiúla a bhfuil cuma dhearfach orthu sa tsaotharlann.Ach creideann Olivetti agus Huang, i bhfianaise na práinne atá le dúshlán an athraithe aeráide, go bhféadfadh cúinsí praiticiúla breise a bheith tábhachtach.Bíonn méadracht againn sa tsaotharlann i gcónaí ag taighdeoirí chun ábhair agus próisis fhéideartha a mheas, a deir Olivetti.D’fhéadfadh go n-áireofaí mar shamplaí toilleadh stórála fuinnimh agus rátaí muirir/scaoilte.Ach más cur i bhfeidhm an aidhm, molaimid méadracht a chur leis a thugann aghaidh go sonrach ar an acmhainneacht le haghaidh scálaithe tapa.
Ábhair agus infhaighteacht
I saol na leictrilítí soladacha neamhorgánacha, tá dhá phríomhchineál ábhar ann - ocsaídí ina bhfuil ocsaigin agus sulfídí ina bhfuil sulfair.Déantar tantalam a tháirgeadh mar fhotháirge de mhianadóireacht stáin agus niobium.Léiríonn sonraí stairiúla go bhfuil táirgeadh tantalam níos gaire don uasmhéid féideartha ná mar a bhaineann le gearmáiniam le linn mianadóireacht stáin agus niobium.Is cúis imní níos mó, dá bhrí sin, infhaighteacht tantalam maidir leis an méadú féideartha ar chealla LLZO-bhunaithe.
Mar sin féin, ní réitíonn a fhios go bhfuil eilimint sa talamh na céimeanna is gá chun é a fháil isteach i lámha na monaróirí.Dá bhrí sin rinne na taighdeoirí imscrúdú ar cheist leantach maidir le slabhra soláthair na bpríomhghnéithe - mianadóireacht, próiseáil, scagadh, iompar, etc. Ag glacadh leis go bhfuil soláthar flúirseach ann, an féidir an slabhra soláthair chun na hábhair seo a sheachadadh a leathnú go tapa go leor chun freastal ar an bhfás éileamh ar chadhnraí?
In anailís shamplach, d’fhéach siad ar an méid a bheadh de dhíth ar an slabhra soláthair gearmáiniam agus tantalam a fhás bliain i ndiaidh bliana chun cadhnraí a sholáthar don chabhlach réamh-mheasta 2030 feithiclí leictreacha.Mar shampla, bheadh ar chabhlach feithiclí leictreacha, a luaitear go minic mar sprioc do 2030, go leor cadhnraí a tháirgeadh chun 100 uair gigawatt san iomlán fuinnimh a sholáthar.Chun an sprioc seo a bhaint amach, ag baint úsáide as cadhnraí LGPS amháin, bheadh gá le slabhra soláthair gearmáiniam fás 50% bliain ar bhliain - stráice, toisc go raibh an ráta fáis uasta thart ar 7% san am atá caite.Ag baint úsáide as cealla LLZO amháin, bheadh ar an slabhra soláthair le haghaidh tantalam fás thart ar 30% - ráta fáis i bhfad níos airde ná an t-uasmhéid stairiúil de thart ar 10%.
Léiríonn na samplaí seo an tábhacht a bhaineann le hinfhaighteacht ábhair agus an slabhra soláthair a bhreithniú agus measúnú á dhéanamh ar acmhainneacht scálaithe leictrilítí soladacha éagsúla, a deir Huang: Fiú mura bhfuil ceist ag baint le cainníocht ábhair, mar atá i gcás gearmáiniam, scálú suas go léir. d'fhéadfadh go mbeadh ráta fáis beagnach gan fasach ag teastáil ó na céimeanna sa slabhra soláthair chun táirgeadh feithiclí leictreacha sa todhchaí a mheaitseáil.
Ábhair agus próiseáil
Fachtóir eile le breithniú agus acmhainneacht inscálaithe dearadh ceallraí á mheas ná deacracht an phróisis déantúsaíochta agus an tionchar a d'fhéadfadh a bheith aige ar chostas.Tá go leor céimeanna i gceist le déantúsaíocht ceallraí soladach-stáit, agus méadaítear costas gach cille a tháirgtear go rathúil má theipeann ar aon chéim.
Mar sheachvótálaí le haghaidh deacracht déantúsaíochta, rinne Olivetti, Ceder agus Huang iniúchadh ar thionchar an ráta teip ar chostas iomlán na ndearaí ceallraí soladach-stáit roghnaithe ina mbunachar sonraí.I sampla amháin, dhírigh siad ar an ocsaíd LLZO.Tá LLZO an-bhriste agus leatháin mhóra tanaí go leor le húsáid i gcadhnraí ardfheidhmíochta soladstaide is dócha go scoiltfidh nó go ndlúthóidh siad ag na teochtaí arda a bhaineann leis an bpróiseas monaraíochta.
Chun impleachtaí costais teipeanna den sórt sin a chinneadh, insamhladh siad na ceithre phríomhchéim phróiseála a bhaineann le cealla LLZO a chur le chéile.Ag gach céim, ríomh siad an costas bunaithe ar an toradh toimhdithe, ie an céatadán de chealla iomlána a próiseáladh go rathúil gan teip.I gcás LLZO, bhí an toradh i bhfad níos ísle ná na dearaí eile a ndearna siad staidéar orthu;ina theannta sin, de réir mar a laghdaigh an toradh, tháinig méadú suntasach ar an gcostas in aghaidh na cileavatuaire (kWh) d'fhuinneamh cille.Mar shampla, nuair a cuireadh 5% níos mó cealla leis an gcéim téimh catóide deiridh, tháinig méadú thart ar $30/kWh ar an gcostas - athrú diomaibhseach ag cur san áireamh gurb é $100/kWh an spriocchostas a nglactar leis go ginearálta do chealla dá leithéid.Is léir go bhféadfadh tionchar as cuimse a bheith ag deacrachtaí déantúsaíochta ar indéantacht an dearadh ar scála mór a ghlacadh.
Am postála: Meán Fómhair-09-2022