وبلاگ

خبروایز – کنسرسیومی از دانشمندان برتر باتری کشور به رهبری آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (آزمایشگاه برکلی)، تجاری سازی خانواده جدیدی از مواد کاتد باتری به نام DRX یا “سنگ نمک مختل” را تسریع خواهد کرد.

کاتدهای DRX می توانند ارائه دهند باتری ها با چگالی انرژی بالاتر از کاتدهای باتری لیتیوم یون معمولی ساخته شده از نیکل و کبالت، دو فلزی که در کمبود بحرانی هستند.

وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) یافتن راه هایی برای کاهش یا حذف استفاده از کبالت را در اولویت قرار داده است. باتری ها. در حمایت از این ابتکار، کنسرسیوم DRX بر تولید کاتدهای DRX ساخته شده از منگنز یا تیتانیوم متمرکز شده است که هم فراوان تر و هم ارزان تر از نیکل یا کبالت هستند. لیتیوم باتری ها ساخته شده با کاتدهای DRX می تواند صنعت خودرو و در نتیجه مصرف کنندگان را از قیمت های بالاتر ناشی از محدودیت های عرضه محافظت کند.

کاتدهای DRX همه کاره هستند زیرا می توان آنها را تقریباً با هر فلز واسطه ای به جای نیکل و کبالت ساخت. اگر بخواهیم خودروهای بنزینی را با خودروهای برقی جایگزین کنیم، این انعطاف پذیری کلیدی است.” گربراند سدر. یک دانشمند ارشد دانشکده آزمایشگاه برکلی و استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه کالیفرنیا برکلی، کنسرسیوم DRX را با یک دانشمند همکار خود در زمینه باتری رهبری می کند. گوئینگ چن در آزمایشگاه برکلی

کنسرسیوم DRX که شامل تیمی متشکل از تقریباً 50 دانشمند از آزمایشگاه برکلی، آزمایشگاه ملی شتابدهنده SLAC، آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام، آزمایشگاه ملی آرگون، آزمایشگاه ملی اوک ریج و UC سانتا باربارا است، که در پاییز گذشته تشکیل شد، 20 میلیون دلار جایزه دریافت کرد. دفتر فناوری های خودرو در دفتر کارایی انرژی و انرژی های تجدیدپذیر وزارت انرژی. بودجه – که تا سال 2025 سالانه با افزایش 5 میلیون دلاری توزیع می شود – به کنسرسیوم این امکان را می دهد تا کاتدهای باتری DRX را توسعه دهد که می تواند بهتر از کاتدهای NMC (نیکل- منگنز- کبالت) که در لیتیوم یون مدرن استفاده می شود، عمل کند. باتری ها.

سدر گفت: «DRX منابع معدنی پایدارتر، فراوان‌تر و ارزان‌تر را برای کاتد باتری ارائه می‌کند. باتری لیتیوم یونی یک فناوری ذخیره‌سازی انرژی واقعاً خوب است، اما برای اینکه مرتبط بماند، باید به خروجی بالاتری از چندین تراوات ساعت در سال برسد. بدون DRX، Li-ion باتری ها اگر با فناوری‌های فعلی بمانیم، به مقادیر زیادی نیکل و کبالت نیاز داریم.

چن افزود: DRX می تواند ماده اصلی کاتد باتری باشد. ما در حال حاضر مزیت هزینه و منابع را داریم. اکنون تنها کاری که باید انجام دهیم این است که عملکرد را بهبود بخشیم.»

انتقال کربن زدایی با DRX

DRX هنوز یک فناوری بسیار جوان است – Ceder و تیمش کمتر از 10 سال پیش، در سال 2014، DRX را به عنوان پاسخی به صنعت باتری لیتیوم یونی در حال رشد توسعه دادند. فن آوری های جدید باتری معمولاً بین 20 تا 30 سال طول می کشد تا به بلوغ برسد. اما DRX در مسیر غیرعادی سریع تجاری سازی قرار دارد.

سدر و چن پتانسیل DRX را طی یک برنامه چهار ساله به نام «شیرجه عمیق» نشان دادند که توسط دفتر فناوری خودرو DOE تأمین مالی شد. این برنامه در سال 2022 به پایان رسید و کنسرسیوم به زودی با هدف نمایش کاتدهای آماده تجاری DRX در کمتر از 5 سال تشکیل شد.

این فوریت در بحبوحه گذار به انرژی پاک به وجود می آید. را ایالات متحده قصد دارد نیمی از خودروهای جدید فروخته شده در سال 2030 را به خودروهایی با آلایندگی صفر تبدیل کند.از جمله خودروهای الکتریکی با باتری، خودروهای برقی هیبریدی پلاگین یا سلول‌های سوختی. در کالیفرنیا، تمام خودروهای جدید باید تا سال 2035 آلایندگی صفر داشته باشند.

برای دستیابی به این هدف بلندپروازانه، سدر و چن کنسرسیوم DRX را ایجاد کردند و از دانشمندان برتر باتری از سراسر کشور و سیستم آزمایشگاه ملی کمک گرفتند.

پژوهشگران وزارت نیرو مرکز ملی محاسبات علمی تحقیقات انرژی (NERSC) به تیم کمک می کند تا بهترین ترکیب منگنز و تیتانیوم را از طریق مدل سازی کامپیوتری محدود کند. محققان از آزمایشگاه ملی اوک ریج و آزمایشگاه ملی آرگون روی سنتز شیمیایی و افزایش مقیاس مواد برای صنعت کار خواهد کرد. الکترولیت های جدید سازگار با DRX توسعه خواهند یافت آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام. و محققان آزمایشگاه برکلی ریخته گری مولکولی، آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLACو UC سانتا باربارا به شناسایی مواد کمک خواهد کرد.

سدر و تیمش که پیشگام در کشف مواد محاسباتی بودند، DRX را از طریق آزمایش‌های مدل کامپیوتری کشف کردند که بسیاری از آنها در NERSC انجام شد.

وینس باتاگلیا و تیم او در آزمایشگاه برکلی با تولید ده‌ها سلول سکه‌ای DRX، دستور العمل‌های کاتد DRX Ceder را آزمایش خواهند کرد. باتری ها با ترکیبات مختلف تیتانیوم یا منگنز. ایده بهبود رسانایی الکترونیکی مواد است، که برای اطمینان از اینکه باتری لیتیوم یون DRX نه تنها چگالی انرژی بالایی دارد، بلکه عمر چرخه ای طولانی دارد (تعداد دفعاتی که باتری می تواند شارژ و دشارژ شود، بسیار مهم است. قبل از اینکه شروع به شکستن کند).

در آزمایشگاه من، ما می‌توانیم صدها سلول سکه لیتیوم یونی را همزمان آزمایش کنیم. ما سعی می کنیم انجام دهیم باتری ها در بهترین محیط های ممکن، بنابراین ما واقعاً می توانیم عملکرد خود مواد را درک کنیم. باتاگلیا گفت: این مقیاس برای تقلید از فرآیندهای تولیدی است که در واقع در این زمینه کار می‌کنند.

این آخرین فصل در توسعه DRX در زمانی کلیدی است که کشورهای سراسر جهان به دنبال راه حل های عملی برای جلوگیری از بدتر شدن گرمایش جهانی هستند.

بخش حمل و نقل یکی از بزرگترین منابع گازهای گلخانه ای در جهان است. بخش حمل و نقل شامل نیمی از انتشار گازهای گلخانه ای کالیفرنیا، یک سوم از انتشار گازهای گلخانه ای ایالات متحده و یک پنجم از انتشار جهانی. در کالیفرنیا، انتشار گازهای گلخانه ای از خودروهای بنزینی مهم ترین هستند بزرگترین منبع انتشار گازهای گلخانه ای.

دانشمندان علوم آب و هوا می گویند جایگزینی خودروهای بنزینی با خودروهای برقی می تواند یکی از موثرترین راه ها برای کربن زدایی سریع بخش حمل و نقل باشد.

بر اساس گزارش اخیر هیئت بین دولتی تغییرات آب و هوایی سازمان ملل، جهان به زودی شاهد گرمایش 1.5 درجه سانتیگراد (2.7 درجه فارنهایت) بالاتر از سطح قبل از صنعتی شدن خواهد بود، مگر اینکه انتشار گازهای گلخانه ای تا سال 2030 به نصف کاهش یابد.

Ceder می گوید DRX می تواند نقش کلیدی در کربن زدایی حمل و نقل ایفا کند. DRX یک فناوری بسیار امیدوارکننده است که می تواند ذخیره انرژی قابل اعتماد، در عین حال ارزان و فراوان را فراهم کند. اما باید به زودی اتفاق بیفتد – نه در 30 سال، بلکه اکنون. ما زمانی برای انتظار نداریم – و کنسرسیوم DRX به ما کمک می کند تا به آنجا برسیم.

ریخته‌گری مولکولی و NERSC سایت‌های کاربر وزارت علوم در آزمایشگاه برکلی هستند.

###

در سال 1931 با این اعتقاد که بزرگترین چالش های علمی به بهترین وجه توسط تیم ها حل می شود، تاسیس شد. آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و دانشمندان آن با 16 جایزه نوبل شناخته شده اند. امروزه، محققان آزمایشگاه برکلی انرژی پایدار و راه‌حل‌های زیست‌محیطی را توسعه می‌دهند، مواد مفید جدید ایجاد می‌کنند، مرزهای محاسبات را پشت سر می‌گذارند و اسرار حیات، ماده و جهان را کشف می‌کنند. دانشمندان از سراسر جهان برای اکتشافات علمی خود به امکانات آزمایشگاه متکی هستند. آزمایشگاه برکلی یک آزمایشگاه ملی چند برنامه ای است که توسط دانشگاه کالیفرنیا برای دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده اداره می شود.

دفتر علوم DOE بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر لطفا مراجعه کنید به Energy.gov/science.