في السباق ضد تغير المناخ ، تعتبر حلول تخزين الطاقة الحديثة ذات أهمية قصوى للاستفادة من توليد الطاقة من مصادر الطاقة النظيفة ، ويستكشف باحثو المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) استراتيجيات لزيادة كثافة طاقة خلايا البطارية مع تقليل تكاليف التصنيع. .
تقدم أنودات السيليكون تحسينًا واعدًا لقدرات بطارية الليثيوم أيون (Li-ion) الحالية للسيارات الكهربائية والتخزين الثابت. قد يؤدي استبدال مادة أنود الجرافيت المستخدمة عادةً في بطاريات Li-ion بأقطاب السيليكون إلى تمهيد الطريق لتقليل حجم حزمة البطارية بنسبة 25٪ -30٪ وزيادة نطاق القيادة بنسبة 30٪ إلى 40٪.
يحتل باحثو NREL موقع الصدارة في أبحاث أنود السيليكون ، باستخدام مرافق متطورة لاستكشاف العلوم التأسيسية للإلكتروليتات العضوية ذات واجهات السيليكون. ومع ذلك ، فإن النتائج الأخيرة تسلط الضوء على أهمية الدراسات المستمرة حول عمر الخلايا القائمة على السيليكون. بشكل جديد الطاقة الطبيعة مقالة المنظور ، "تقادم التقويم للبطاريات المحتوية على السيليكون، "علماء البطاريات من مكتب تقنيات المركبات التابع لوزارة الطاقة الأمريكية مشروع اتحاد السيليكون التأكيد على أهمية البحث المستمر في عمر التقويم لمادة الأنود هذه.
قال ماكس شولز ، باحث ما بعد الدكتوراه في NREL والمؤلف المشارك للمنظور: "يُظهر بحث جديد أن تقادم تقويم أنودات السيليكون يمثل مشكلة أكبر مما كنا نعتقد في الأصل". مع هذا التقرير ، نأمل أن نشجع الباحثين على النظر في التحديات الفريدة التي تواجهها هذه البطاريات. يعد التعاون عبر المختبرات وفي الصناعة لتقييم ومعالجة هذه المشكلة الآن أمرًا ضروريًا لنجاح أقطاب السيليكون في البطاريات ".
يبحث الباحثون عن حالات عدم يقين جديدة في كيمياء البطارية
لفهم عمر البطارية ، يجب على الباحثين مراعاة تأثيرات استخدام البطارية والوقت. عادةً ما يتم تقييم الأقطاب الكهربائية الجديدة عن طريق تدوير الخلايا - تقييم تدهور السعة على مدى عدد محدد من دورات الشحن / التفريغ - لتحديد فقد السعة أثناء الاستخدام. لتحديد فقد السعة بمرور الوقت ، يُسمح للخلايا المشحونة ببساطة بالجلوس غير المستخدمة مع القياسات الدورية لقدراتها.
هذه الأنواع من تجارب تقادم التقويم تستغرق وقتًا طويلاً ، لذا فإن العديد من دراسات التقويم الزمني تستقرئ البيانات من الاختبارات قصيرة المدى للتنبؤ باتجاهات الشيخوخة. بينما نجح هذا النهج مع الأنودات التقليدية القائمة على الجرافيت ، يواجه الباحثون شكوكًا جديدة عند تغيير كيمياء القطب. نتيجة لذلك ، لا يُعرف سوى القليل نسبيًا عن التدهور المعتمد على الوقت للبطاريات القائمة على السيليكون.
قال Andrew Colclasure ، عالم NREL ومؤلف مشارك آخر للمنظور: "لا يشكل السيليكون نفس السطح البيني الثابت مع السائل المنحل بالكهرباء الذي يعطي أقطاب الجرافيت عمرها الطويل". "مزيد من البحث أمر بالغ الأهمية لفهم أفضل لكيفية تأثير كيمياء الأقطاب الكهربائية المختلفة على عمر البطارية."
الدراسات الحديثة الموضحة في الطاقة الطبيعة يشير المنظور إلى أن إضافة السيليكون إلى أنود البطارية قد يؤدي إلى زيادة قابلية التأثر بتقادم التقويم. بالمقارنة مع أنودات الجرافيت وحدها ، فإن الأنودات المحتوية على السيليكون تكون أكثر تفاعلًا بشكل ملحوظ. هذه الخلايا عرضة للتأثيرات الكيميائية الضارة ، مثل تكوين الغاز ، أو تحلل الإلكتروليت ، أو انحلال واجهة إلكتروليت السيليكون ، وهي عوامل إجهاد يمكن أن تؤدي إلى التدهور بمرور الوقت ، بغض النظر عما إذا كانت البطارية مستخدمة أم لا. على هذا النحو ، تعد دراسات تقادم التقويم الشاملة أمرًا حيويًا لفهم الاستقرار طويل المدى للسيليكون في البطاريات.
يركز اتحاد NREL-Led على التنبؤات مدى الحياة
يدرس مشروع اتحاد السيليكون الذي تقوده NREL استراتيجيات لمعرفة المزيد حول تقادم تقويم السيليكون في البطاريات. طور الباحثون بروتوكولات اختبار جديدة لتقييم تقدم تعديلات السيليكون أو تصميمات الخلايا أو الإلكتروليتات أو الإضافات بشكل أسرع وأكثر كفاءة. الأساليب الحالية لا توفر حتى الآن توقعات مطلقة لعمر التقويم ؛ ومع ذلك ، يمكن للباحثين استخدام هذه البيانات لتحديد أكثر الاستراتيجيات الواعدة للتخفيف من تقادم التقويم في أقطاب السيليكون. في النهاية ، يهدف مشروع Silicon Consortium إلى تنفيذ تلك الاستراتيجيات لتطوير وإثبات البطاريات طويلة العمر باستخدام أنودات السيليكون.
تعرف على المزيد حول NREL's بحوث تخزين الطاقة.
المادة مجاملة من المختبر الوطني.
هل تقدر أصالة CleanTechnica؟ النظر في أن تصبح عضو في CleanTechnica أو داعم أو فني أو سفير - أو راعي على Patreon.
أفلاطون. Web3 مُعاد تصوره. تضخيم ذكاء البيانات.
انقر هنا للوصول.
