புதிய பேட்டரி கேத்தோடு பொருள் EV சந்தை மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பில் புரட்சியை ஏற்படுத்தலாம்

“நீண்ட காலமாக, மக்கள் தற்போதுள்ள கத்தோட் பொருட்களுக்கு குறைந்த விலையில், நிலையான மாற்றீட்டைத் தேடிக்கொண்டிருக்கிறார்கள். எங்களிடம் ஒன்று கிடைத்துள்ளது என்று நினைக்கிறேன்,” என்கிறார் ஜார்ஜ் டபிள்யூ. வுட்ரஃப் ஸ்கூல் ஆஃப் மெக்கானிக்கலில் பணி நியமனம் பெற்ற இணைப் பேராசிரியரான சென். பொறியியல் மற்றும் பொருள் அறிவியல் மற்றும் பொறியியல் பள்ளி.

புரட்சிகர பொருள், இரும்பு குளோரைடு (FeCl3), வழக்கமான கேத்தோடு பொருட்களில் வெறும் 1-2% செலவாகும் மற்றும் அதே அளவு மின்சாரத்தை சேமிக்க முடியும். கத்தோட் பொருட்கள் திறன், ஆற்றல் மற்றும் செயல்திறனை பாதிக்கின்றன, பேட்டரியின் செயல்திறன், ஆயுட்காலம் மற்றும் மலிவு ஆகியவற்றில் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது.

“எங்கள் கத்தோட் ஒரு கேம்-சேஞ்சராக இருக்க முடியும்,” சென் கூறினார், அதன் குழு அதன் வேலையை விவரிக்கிறது இயற்கை நிலைத்தன்மை. “இது EV சந்தையையும் — முழு லித்தியம்-அயன் பேட்டரி சந்தையையும் பெரிதும் மேம்படுத்தும்.”

1990 களின் முற்பகுதியில் சோனியால் முதன்முதலில் வணிகமயமாக்கப்பட்டது, ஸ்மார்ட்போன்கள் மற்றும் டேப்லெட்டுகள் போன்ற தனிப்பட்ட மின்னணுவியலில் LIB கள் வெடிப்பைத் தூண்டின. தொழில்நுட்பம் இறுதியில் மின்சார வாகனங்களை எரிபொருளாக மாற்றியது, நம்பகமான, ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய, அதிக அடர்த்தி கொண்ட ஆற்றல் மூலத்தை வழங்குகிறது. ஆனால் தனிப்பட்ட எலக்ட்ரானிக்ஸ் போலல்லாமல், EVகள் போன்ற பெரிய அளவிலான ஆற்றல் பயனர்கள் LIB களின் விலைக்கு குறிப்பாக உணர்திறன் உடையவர்கள்.

பேட்டரிகள் தற்போது EV-யின் மொத்த செலவில் 50%க்கு பொறுப்பாகும், இது இந்த சுத்தமான ஆற்றல் கொண்ட கார்களை அவற்றின் உட்புற எரிப்பு, கிரீன்ஹவுஸ்-வாயு-உமிழும் உறவினர்களை விட விலை உயர்ந்ததாக ஆக்குகிறது. சென் குழுவின் கண்டுபிடிப்பு அதை மாற்றக்கூடும்.

ஒரு சிறந்த பேட்டரியை உருவாக்குதல்

பழங்கால அல்கலைன் மற்றும் ஈய-அமில பேட்டரிகளுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​LIB கள் ஒரு சிறிய தொகுப்பில் அதிக ஆற்றலைச் சேமித்து, சார்ஜ்களுக்கு இடையே நீண்ட நேரம் சாதனத்தை இயக்குகின்றன. ஆனால் LIB களில் கோபால்ட் மற்றும் நிக்கல் போன்ற விலையுயர்ந்த கூறுகள் உட்பட விலையுயர்ந்த உலோகங்கள் உள்ளன, மேலும் அவை அதிக உற்பத்தி செலவைக் கொண்டுள்ளன.

இதுவரை, நான்கு வகையான கத்தோட்கள் மட்டுமே LIB களுக்கு வெற்றிகரமாக வணிகமயமாக்கப்பட்டுள்ளன. சென்ஸ் ஐந்தாவது இடத்தில் இருக்கும், மேலும் இது பேட்டரி தொழில்நுட்பத்தில் ஒரு பெரிய படியை பிரதிபலிக்கும்: அனைத்து திட-நிலை LIB இன் வளர்ச்சி.

வழக்கமான எல்ஐபிகள் ஆற்றலைச் சேமிப்பதற்கும் வெளியிடுவதற்கும் லித்தியம் அயனிகளைக் கொண்டு செல்ல திரவ எலக்ட்ரோலைட்டுகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. எவ்வளவு ஆற்றலைச் சேமிக்க முடியும் என்பதில் அவர்களுக்குக் கடுமையான வரம்புகள் உள்ளன, மேலும் அவை கசிந்து தீப்பிடிக்கலாம். ஆனால் அனைத்து-திட-நிலை LIB களும் திடமான எலக்ட்ரோலைட்டுகளைப் பயன்படுத்துகின்றன, இது பேட்டரியின் திறன் மற்றும் நம்பகத்தன்மையை வியத்தகு முறையில் அதிகரிக்கிறது மற்றும் அதை பாதுகாப்பானதாகவும் அதிக ஆற்றலை வைத்திருக்கும் திறன் கொண்டதாகவும் ஆக்குகிறது. இந்த பேட்டரிகள், இன்னும் வளர்ச்சி மற்றும் சோதனை கட்டத்தில் உள்ளன, இது கணிசமான முன்னேற்றமாக இருக்கும்.

கிரகம் முழுவதும் உள்ள ஆராய்ச்சியாளர்கள் மற்றும் உற்பத்தியாளர்கள் அனைத்து திட-நிலை தொழில்நுட்பத்தை நடைமுறைப்படுத்த பந்தயத்தில், சென் மற்றும் அவரது கூட்டுப்பணியாளர்கள் ஒரு மலிவு மற்றும் நிலையான தீர்வை உருவாக்கியுள்ளனர். FeCl3 கேத்தோடு, ஒரு திட எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் ஒரு லித்தியம் மெட்டல் அனோட் ஆகியவற்றுடன், அவற்றின் முழு பேட்டரி அமைப்பின் விலை தற்போதைய LIBகளில் 30-40% ஆகும்.

“இது உள் எரிப்பு கார்களை விட EV களை மிகவும் மலிவானதாக மாற்றுவது மட்டுமல்லாமல், இது பெரிய அளவிலான ஆற்றல் சேமிப்பகத்தின் புதிய மற்றும் நம்பிக்கைக்குரிய வடிவத்தை வழங்குகிறது, இது மின் கட்டத்தின் பின்னடைவை மேம்படுத்துகிறது” என்று சென் கூறினார். “கூடுதலாக, எங்களின் கேத்தோடு EV சந்தையின் நிலைத்தன்மை மற்றும் விநியோகச் சங்கிலி நிலைத்தன்மையை பெரிதும் மேம்படுத்தும்.”

புதிய கண்டுபிடிப்புக்கு திடமான தொடக்கம்

FeCl3 ஒரு கேத்தோட் பொருளாக சென்னின் ஆர்வம் திட எலக்ட்ரோலைட் பொருட்கள் பற்றிய ஆய்வகத்தின் ஆராய்ச்சியில் இருந்து உருவானது. 2019 ஆம் ஆண்டு தொடங்கி, அவரது ஆய்வகம் குளோரைடு அடிப்படையிலான திட எலக்ட்ரோலைட்களைப் பயன்படுத்தி பாரம்பரிய வணிக ஆக்சைடு அடிப்படையிலான கத்தோட்களைப் பயன்படுத்தி திட-நிலை பேட்டரிகளை உருவாக்க முயற்சித்தது. அது சரியாகப் போகவில்லை — கத்தோட் மற்றும் எலக்ட்ரோலைட் பொருட்கள் ஒத்துப் போகவில்லை.

குளோரைடு அடிப்படையிலான கத்தோட் சிறந்த பேட்டரி செயல்திறனை வழங்க குளோரைடு எலக்ட்ரோலைட்டுடன் சிறந்த இணைப்பை வழங்க முடியும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் நினைத்தனர்.

“Li அயனிகளை சேமிப்பதற்கும் கொண்டு செல்வதற்கும் அதன் படிக அமைப்பு பொருத்தமானதாக இருப்பதால், முயற்சி செய்ய வேண்டிய ஒரு வேட்பாளரை (FeCl3) நாங்கள் கண்டறிந்தோம், மேலும் அதிர்ஷ்டவசமாக, அது நாங்கள் எதிர்பார்த்தபடி செயல்பட்டது” என்று சென் கூறினார்.

தற்போது, ​​EV களில் மிகவும் பிரபலமாகப் பயன்படுத்தப்படும் கத்தோட்கள் ஆக்சைடுகளாகும், மேலும் அதிக அளவு விலையுயர்ந்த நிக்கல் மற்றும் கோபால்ட் தேவைப்படுகிறது, அவை நச்சுத்தன்மையுடையதாகவும் சுற்றுச்சூழலுக்கு சவாலாகவும் இருக்கும். மாறாக, சென் குழுவின் கேத்தோடில் இரும்பு (Fe) மற்றும் குளோரின் (Cl) மட்டுமே உள்ளது — எஃகு மற்றும் டேபிள் உப்பில் காணப்படும் ஏராளமான, மலிவு, பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் கூறுகள்.

அவர்களின் ஆரம்ப சோதனைகளில், FeCl3 மற்றதை விடவும், மிகவும் விலையுயர்ந்த கத்தோட்களை விடவும் சிறப்பாக செயல்படுவது கண்டறியப்பட்டது. எடுத்துக்காட்டாக, இது பிரபலமாகப் பயன்படுத்தப்படும் Cathode LiFePO4 (லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் அல்லது LFP) விட அதிக செயல்பாட்டு மின்னழுத்தத்தைக் கொண்டுள்ளது, இது தோட்டக் குழாயிலிருந்து வரும் நீர் அழுத்தத்தைப் போன்ற ஒரு சாதனத்துடன் இணைக்கப்படும்போது பேட்டரி வழங்கும் மின் சக்தியாகும்.

இந்த தொழில்நுட்பம் EV களில் வணிக ரீதியான நம்பகத்தன்மையிலிருந்து ஐந்து வருடங்களுக்கும் குறைவாக இருக்கலாம். இப்போதைக்கு, குழு FeCl3 மற்றும் தொடர்புடைய பொருட்களை தொடர்ந்து விசாரிக்கும் என்று சென் கூறுகிறார். இந்த பணிக்கு சென் மற்றும் போஸ்ட்டாக் ஜான்டாவ் லியு (ஆய்வின் முதன்மை ஆசிரியர்) தலைமை தாங்கினார். கூட்டுப்பணியாளர்களில் ஜோர்ஜியா டெக்கின் உட்ரஃப் பள்ளி (டிங் ஜு) மற்றும் பூமி மற்றும் வளிமண்டல அறிவியல் பள்ளி (யுவான்சி டாங்), ஓக் ரிட்ஜ் தேசிய ஆய்வகம் (ஜூ லியு) மற்றும் ஹூஸ்டன் பல்கலைக்கழகம் (ஷுவோ சென்) ஆகியவற்றின் ஆராய்ச்சியாளர்கள் அடங்குவர்.

“நாங்கள் ஆய்வகத்தில் பொருட்களை முடிந்தவரை சரியானதாக்க விரும்புகிறோம் மற்றும் அடிப்படை செயல்பாட்டு வழிமுறைகளைப் புரிந்து கொள்ள விரும்புகிறோம்” என்று சென் கூறினார். “ஆனால் தொழில்நுட்பத்தை அளவிடுவதற்கும் வணிக பயன்பாடுகளை நோக்கி தள்ளுவதற்கும் நாங்கள் வாய்ப்புகளுக்கு திறந்துள்ளோம்.”