电力/性能:10月31日

电池材料供应
研究者在麻省理工学院,加州大学伯克利分校,罗切斯特理工学院进行了一次分析,是否有足够的原材料来支持增加锂离子电池生产,预期增长明显由于电动汽车和电池的发电系统。

他们的结论是,在不久的将来应该没有限制电池制造业由于它们需要的关键金属的短缺。然而,如果没有适当的计划,可能会有短期供应瓶颈的一些金属,特别是锂和钴,可能导致暂时放缓生产。

常用电池成分镍和锰等更广泛的在其他行业,使电池生产增加可能导致供应问题。等铜,铝,和一些聚合物用作膜,被认为是足够丰富,他们不太可能是一个限制因素。

锂和钴是两个最重要的供应链可能成为有限的材料。

这张地图显示了聚合流锂氧化物和氢氧化物以及锂碳酸盐(不包括集中,这将是由澳大利亚)。不包括流动的价值低于100万美元。(来源:奥利维蒂等人/ 2017焦耳)

对于这两个要素,团队研究了供应的多样性选择的地理分布、生产设施和其他变量。锂的生产主要有两种途径:卤水开采和加工。其中,从盐水可以增加,以满足生产需求更迅速,在短短六个或八个月,引入一个新的地下矿山生产相比,埃尔莎奥利维蒂说,麻省理工学院能源研究助理教授。虽然可能仍在锂供应中断,她说,这些不太可能严重破坏电池生产。

这张地图显示了全球的贸易流动的钴矿石、集中、锍,钴冶金和其他中间产品,包括废物和废料的2015年。不包括流量低于1000万美元。(来源:奥利维蒂等人/ 2017焦耳)

钴是稍微复杂一点。其主要来源是刚果民主共和国,暴力冲突和腐败的历史。“这是一个挑战,”奥利维蒂说。钴通常是其他矿业活动的副产品。“经常我的收入来自镍,钴是一个次要产品。”

但主要的潜在原因延迟获取矿物的新供应来自其固有的地理分布,但实际提取的基础设施。“延迟开放新矿的能力,”她说。“与任何这些东西,材料,但问题是在什么价格。”,以防范可能的钴供应中断,她说,研究人员“正在试图移动到阴极材料(锂离子电池)cobalt-dependent少。”

观察树突
来自斯坦福大学的科学家和能源部SLAC国家加速器实验室已抓获原子水平的图片被称为树突的指状增生皮尔斯和电池仓之间的障碍会引发短路或火灾。

新图像显示,金属锂枝晶是一个长期的,漂亮的六面晶体,而不是形成不规则,使形状描绘在以前的电子显微镜照片。

这是第一个研究与低温电子显微镜检查电池的内心生活,或低温电子显微镜技术在样品通过浸渍成液态氮被迅速冻结,然后切片在显微镜下检查。

当前的方法,透射电子显微镜,或TEM,太严厉了许多材料,包括金属锂。“TEM样品制备是在空气中进行,但锂金属腐蚀很快在空气中,“李毓嶂说,斯坦福大学的研究生。“每一次我们试图把金属锂与电子显微镜高倍电子将钻孔树突甚至完全融化。”

“使用低温电子显微镜,可以看看材料的脆弱和化学不稳定,你可以保留其原始状态——在实际电池的样子,看它在高分辨率下,“Yi Cui说,线性和斯坦福大学的教授。“这包括各种各样的电池材料。锂金属我们研究这里只是一个例子,但它是一个令人兴奋的和非常具有挑战性的一个。”

左:室温TEM图像,暴露于空气腐蚀金属锂枝晶和电子束融化的洞。对的:相比之下,树突的低温电子显微镜图像显示,冷冻保存其原始状态,显示这是一个水晶纳米线与明确的方面。(李y . et al .,科学)

团队研究了成千上万的金属锂树突,暴露于各种电解质。他们不仅看着金属树突的一部分,而且在一个名为SEI的涂料,或固体电解质界面,开发树突反应与周围的电解液。这种涂料也形成在金属电极充电和放电,并控制其增长和稳定高效的电池操作的关键。

他们发现树突是水晶,在上雕琢平面的纳米线,喜欢生长在某些方向。其中一些增长的同时也发展出了问题,但他们的晶体结构保持惊人的完整性尽管问题。

放大,他们使用了不同的技术看电子脱离原子的方式在树突,揭示单个原子的位置在水晶和SEI膜。时添加了一个化学常用来改善电池性能、SEI膜的原子结构变得更加有序,他们认为这可能有助于解释为什么添加剂。

改进的集中式太阳能接收器
桑迪亚国家实验室的工程师开发新的碎片形,集中式太阳能接收器为小到中等规模的使用高达20%,比现有技术更有效地吸收阳光。

虽然大多数集中式太阳能设施全世界很大,有兴趣,特别是在印度,在发展中1兆瓦或较小的设施,可以提供适当的权力或社区的一个小村庄。

在桑迪亚的设施,一排排的镜面反射装置是针对高层建筑中央接收器安装在顶部。接收器上的定日镜反射和集中的阳光,从而吸收了阳光的热量转移到气体流经接收机的镶板。气体可以用于常规电厂循环发电或使用一个存储系统保存当没有太阳的随需应变的电力生产。

传统接收机的设计通常功能的平板管或管安排在一个圆柱体。这些设计能吸收大约80%到90%的集中阳光针对他们在考虑反射和热损失,但是悬崖Ho桑迪亚一位工程师说,改进设计使接收器需要更有效帮助减少集中式太阳能的成本和提高可伸缩性。

“当光反射的平面,它走了,”说。“在平坦的接收机设计,阳光5%或更多的集中反映。所以我们配置的管板径向或陷阱光线在不同的尺度上装有百叶窗板的模式。我们希望光反映,然后再反映对接收机的内部和吸收,有点像一个隔音的房间的墙壁。”

桑迪亚实习生耶稣奥尔特加检查新刃的接收器桑迪亚国家太阳能热测试设施。(来源:兰迪·蒙托亚/桑迪亚)

该团队使用一个名为料层的添加剂制造技术融合打印从718年Iconel小规模接收机设计,高温镍合金。Ho表示,这种印刷技术提供了一个有效的方法来测试多个分形设计规模小,可用于未来打印整个部分更大的太阳能接收器。

桑迪亚正在评估接收器的性能与不同的气体流动的空气、二氧化碳和氦通过接收方管的终极目标新接收机的设计搭配超临界二氧化碳布雷顿循环。“超临界”一词描述了二氧化碳的半流质的状态时加热高于其正常的临界温度和压力。布雷顿循环功能通过使用热,超临界二氧化碳加压旋转涡轮机。

Ho说,美国和印度都感兴趣超临界二氧化碳开发下一代的集中式太阳能技术,因为它占用空间较小的可以达到更大的效率。