Beth yw batris cyflwr solet hyblyg?

Mae grŵp o wyddonwyr rhyngwladol wedi datblygu math newydd o fatri cyflwr solet a allai gynyddu’r ystod o gerbydau trydan ac atal tanau mewn gliniaduron a ffonau clyfar. Mae'r awduron yn disgrifio eu canfyddiadau yn Advanced Energy Materials . Trwy ddisodli'r electrolytau hylifol a ddefnyddir mewn batris ailwefradwy confensiynol gyda rhai ceramig 'solet' maent yn gallu cynhyrchu batris mwy effeithiol, hirhoedlog sydd hefyd yn fwy diogel i'w defnyddio. Mae ymchwilwyr yn gobeithio y gall y manteision hyn baratoi'r ffordd ar gyfer batris mwy effeithlon, gwyrddach ar gyfer pob math o ddyfeisiau gan gynnwys ceir trydan.

Mae awduron yr astudiaeth, o'r Unol Daleithiau a'r DU, wedi bod yn archwilio dewisiadau amgen i electrolytau hylif mewn batris ïon lithiwm ers peth amser. Yn 2016 cyhoeddwyd datblygiad batri cyflwr solet a allai weithredu dros ddwywaith y foltedd o gelloedd ïon lithiwm confensiynol, ond gydag effeithlonrwydd tebyg.

Er bod eu dyluniad diweddaraf yn welliant sylweddol ar y fersiwn gynharach hon, mae ymchwilydd yr Athro Donald Sadoway o MIT yn nodi bod lle i wella o hyd: “Gall fod yn anodd cyflawni dargludedd ïonig uchel mewn deunyddiau ceramig ar dymheredd uchel,” esboniodd. “Roedd hwn yn gyflawniad arloesol.” Mae'r ymchwilwyr yn gobeithio, ar ôl profi'r batris gwell hyn, y bydd yn addas ar gyfer cerbydau trydan neu hyd yn oed bweru awyrennau.

Mewn cyflwr solet mae difrod batris oherwydd gorboethi yn cael ei atal trwy ddefnyddio electrolytau ceramig yn hytrach na rhai fflamadwy, hylif. Os caiff y batri ei ddifrodi ac yn dechrau gorboethi'r siars electrolyt ceramig yn hytrach na'i gynnau, sy'n ei atal rhag mynd ar dân. Mae'r mandyllau yn strwythur y deunyddiau solet hyn hefyd yn eu galluogi i gario llwyth llawer uwch o wefr drydanol gydag ïonau'n symud trwy rwydwaith estynedig o fewn y solid.

Mae'r nodweddion hyn yn golygu bod gwyddonwyr wedi gallu codi foltedd a chynhwysedd eu batris o gymharu â'r rhai sy'n cynnwys electrolytau hylif fflamadwy. Yn wir, dywedodd yr Athro Sadoway: "Rydym wedi dangos cell lithiwm-aer gyda 12 folt yn gweithredu ar 90 gradd C [194 ° F]. Mae hynny'n uwch nag y mae unrhyw un arall wedi'i gyflawni."

Mae gan y dyluniad batri newydd hwn fanteision posibl eraill dros electrolytau fflamadwy, gan gynnwys y ffaith bod electrolytau ceramig yn gyffredinol yn fwy sefydlog na rhai organig. "Y peth rhyfeddol yw pa mor dda y gweithiodd," meddai'r Athro Sadoway. “Fe gawson ni fwy o egni allan o’r gell hon nag a roddon ni i mewn iddi.”

Gallai'r sefydlogrwydd hwn ganiatáu i weithgynhyrchwyr bacio nifer fawr o gelloedd cyflwr solet i mewn i liniaduron neu geir trydan heb orfod poeni amdanynt yn gorboethi, gan wneud dyfeisiau'n llawer mwy diogel ac ymestyn eu bywyd swyddogaethol. Ar hyn o bryd, os yw'r mathau hyn o fatris yn gorboethi, maent mewn perygl o fynd ar dân - fel y digwyddodd yn ddiweddar gyda ffôn Samsung Galaxy Note 7. Ni fyddai'r fflamau canlyniadol yn gallu lledaenu oherwydd nad oes aer y tu mewn i gelloedd i gynnal hylosgiad; yn wir, ni fyddent yn gallu lledaenu y tu hwnt i safle'r difrod cychwynnol.

Mae'r deunyddiau solet hyn hefyd yn para'n hir iawn; mewn cyferbyniad, mae rhai ymdrechion i wneud batris ïon lithiwm ag electrolytau hylif fflamadwy, sy'n gweithredu ar dymheredd uwch (dros 100 ° C) yn mynd ar dân yn rheolaidd ar ôl 500 neu 600 o gylchoedd. Gall yr electrolytau ceramig wrthsefyll mwy na 7500 o gylchoedd gwefru / rhyddhau heb fynd ar dân."

Gallai'r canfyddiadau newydd fod yn hynod arwyddocaol o ran ehangu'r ystod o gerbydau trydan ac atal tanau ffonau clyfar. Yn ôl Sadoway: "Roedd gan genedlaethau hŷn o fatris batris cychwynnol asid plwm [car]. Roedd ganddyn nhw ystod fer ond roedden nhw'n hynod ddibynadwy," meddai gan ychwanegu mai eu gwendid annisgwyl oedd "pe bai'n mynd yn boethach na thua 60 ° C yna byddai'n mynd ar dân."

Mae batris ïon lithiwm heddiw, meddai, yn gam i fyny o hyn. “Mae ganddyn nhw ystod hir ond gallant gael eu difrodi gan orboethi difrifol a mynd ar dân,” meddai gan ychwanegu y gallai’r batri cyflwr solet newydd fod yn “ddatblygiad sylfaenol” oherwydd gallai arwain at ddyfeisiau llawer mwy dibynadwy, mwy diogel.

Mae gwyddonwyr MIT yn meddwl y gallai'r dechnoleg hon gymryd pum mlynedd i gael ei defnyddio'n eang ond hyd yn oed mor gynnar â'r flwyddyn nesaf maent yn gobeithio gweld y mathau hyn o fatris yn cael eu gosod mewn ffonau smart gan weithgynhyrchwyr mawr fel Samsung neu Apple. Nodwyd hefyd bod llawer o ddefnyddiau masnachol ar gyfer y celloedd hyn ar wahân i ffonau, gan gynnwys gliniaduron a cherbydau trydan.

Fodd bynnag mae'r Athro Sadoway yn rhybuddio bod llawer o ffordd i fynd eto cyn i'r dechnoleg gael ei pherffeithio. "Mae gennym ni gell sy'n edrych yn wirioneddol wych ond mae'n ddyddiau cynnar iawn... Nid ydym eto wedi gwneud celloedd gydag electrodau dwysedd pŵer uchel ar raddfa fawr."

Mae Sadoway o'r farn y bydd y datblygiad arloesol hwn yn cael ei fabwysiadu'n eang ar unwaith oherwydd mae ganddo'r potensial nid yn unig i danio EVs gydag ystod lawer mwy ond hefyd o bosibl atal tanau ffonau clyfar. Efallai mai mwy o syndod yw ei ragfynegiad y gallai batris cyflwr solet gael eu defnyddio'n gyffredinol mewn llai na phum mlynedd unwaith y bydd y rhan fwyaf o gynhyrchwyr yn argyhoeddedig o'u diogelwch a'u dibynadwyedd.