Matáin Anóidí Sileacan i dTeicneolaíocht Ceallraí

Is stáplacha den réabhlóid dhigiteach í sileacain, ag luchtú ualaí comharthaí ar ghléas ar dóigh' s díreach orlach ó do shúile ag an nóiméad seo.

Anois, tá an t-ábhar flúirseach, saor céanna sin ag éirí mar iarrthóir tromchúiseach ar ról mór i ngnó na gceallraí atá ag dul i méid. Tá sé' s tarraingteach go háirithe toisc go bhfuil sé' s in ann 10 n-oiread fuinnimh a choinneáil i gcuid thábhachtach de cheallraí, an anóid, ná an graifít a úsáidtear go forleathan.

Ach ní chomh gasta sin. Cé go bhfuil dea-cháil ar sileacain i measc eolaithe, atann an t-ábhar féin nuair a bhíonn sé' s mar chuid de cheallraí. Athraíonn sé an oiread sin go ndéanann an anóid calóga agus scoilteanna, rud a fhágann go gcaillfidh an ceallraí a cumas luchtaithe a shealbhú agus go dteipfidh uirthi sa deireadh.

Anois tá eolaithe feicthe ag an bpróiseas den chéad uair, céim thábhachtach i dtreo gur rogha inmharthana é sileacain a d’fhéadfadh costas, feidhmíocht agus luas luchtaithe cadhnraí d’fheithiclí leictreacha a fheabhsú chomh maith le teileafóin phóca, ríomhairí glúine, uaireadóirí cliste agus giuirléidí eile.

& quot; Tá a lán daoine tar éis a shamhlú cad a d’fhéadfadh a bheith ag tarlú ach níor léirigh éinne roimhe seo i ndáiríre," arsa Chongmin Wang, eolaí i Saotharlann Náisiúnta an Aigéin Chiúin' s Pacific Northwest. Is údar comhfhreagrach é Wang ar an bpáipéar a foilsíodh le déanaí iNanaitheicneolaíocht an Dúlra.

As anóidí sileacain, cupáin im peanut agus paisinéirí aerlíne pacáilte

Is iad iain litiam an t-airgeadra fuinnimh i gceallraí litiam-ian, ag taisteal anonn is anall idir dhá leictreoid trí leacht ar a dtugtar leictrilít. Nuair a théann iain litiam isteach in anóid déanta as sileacain, téann siad a mbealach isteach sa struchtúr ordúil, ag brú na n-adamh sileacain askew, cosúil le paisinéir aerlíne láidir ag brú isteach sa lár-suíochán ar eitilt pacáilte. An cuóta&seo; fáisceán litiam" déanann an anóid at go trí nó ceithre huaire a mhéid bunaidh.

Nuair a imíonn na hiain litiam, ní fhilleann rudaí' t ar ais go gnáth. Fanann spásanna folmha ar a dtugtar folúntais. Líonann adamh díláithrithe sileacain go leor de na folúntais, ach níl siad uile, cosúil le paisinéirí ag tabhairt an spáis fholamh ar ais go gasta nuair a théann an paisinéir meánach chuig an seomra scíthe. Ach filleann na hiain litiam, ag brú a mbealach isteach arís. Déantar an próiseas arís de réir mar a théann na hiain litiam siar agus amach idir an anóid agus an catóide, agus cumascann na spásanna folmha san anóid sileacain chun folúntais nó bearnaí a fhoirmiú. Aistríonn na bearnaí seo go dteipeann ar cheallraí.

Tá eolas ag eolaithe faoin bpróiseas le blianta, ach ní raibh siad' t sula bhfaca siad go beacht conas a theipeann ar cheallraí. Chuir cuid acu i leith an mhainneachtain gur cailleadh sileacain agus litiam. Chuir daoine eile an milleán ar ramhrú príomh-chomhpháirt ar a dtugtar an t-idirphase soladach-leictrilít nó SEI. Is struchtúr mín é an SEI ar imeall an anóid atá mar gheata tábhachtach idir an anóid agus an leictrilít leachtach.

Ina turgnaimh, bhreathnaigh an fhoireann de réir mar a d’fhorbair na folúntais a d’fhág iain litiam san anóid sileacain ina mbearnaí níos mó agus níos mó. Ansin bhreathnaigh siad agus an leictrilít leachtach ag sreabhadh isteach sna bearnaí cosúil le rivulets bídeacha feadh líne chladaigh, ag insíothlú an sileacain. Lig an insreabhadh seo don SEI forbairt i gceantair laistigh den sileacain nár cheart dó a bheith' t, ionróir móilíneach i gcuid den cheallraí nach mbaineann' t leis.

Chruthaigh sé sin criosanna marbha, ag scriosadh cumas an sileacain litiam a stóráil agus an anóid a mhilleadh.

Smaoinigh ar chupán im peanut i gcruth pristine: Tá an seacláid taobh amuigh difriúil ón im bog peanut taobh istigh. Ach má choinníonn tú é i do lámh ró-fhada le greim ró-dhaingean, déanann an bhlaosc seachtrach bogú agus meascadh leis an seacláid bhog istigh. Fágtar tú' ath le mais neamhordúil amháin a n-athraítear a struchtúr go dochúlaithe. Níl fíor cupán im peanut agat a thuilleadh. Mar an gcéanna, tar éis don leictrilít agus don SEI an sileacain a insíothlú, níl anóid inoibrithe ag eolaithe a thuilleadh.

Chonaic an fhoireann go dtosaíonn an próiseas seo díreach tar éis timthriall ceallraí amháin. Tar éis 36 timthriall, bhí cumas na ceallraí' s muirear a choinneáil tar éis titim go suntasach. Tar éis 100 timthriall, scriosadh an anóid.

Iniúchadh a dhéanamh ar ghealltanas anóidí sileacain

Tá eolaithe ag obair ar bhealaí chun an sileacain a chosaint ar an leictrilít. Tá roinnt grúpaí, lena n-áirítear eolaithe ag PNNL, ag forbairt bratuithe atá deartha chun gníomhú mar choimeádaithe geata, ag ligean d’iain litiam dul isteach agus amach as an anóid agus comhpháirteanna eile den leictrilít a stopadh.

Chuir eolaithe ó roinnt institiúidí a gcuid saineolais le chéile chun an obair a dhéanamh. Chruthaigh eolaithe i Saotharlann Náisiúnta Los Alamos na nanowires sileacain a úsáideadh sa staidéar. D'oibrigh eolaithe PNNL le comhghleacaithe ag Thermo Fisher Scientific chun micreascóp leictreon tarchuir chrióigineach a mhodhnú chun an damáiste ó na leictreoin a úsáidtear le haghaidh íomháithe a laghdú. Agus d’fhorbair eolaithe Ollscoil Stáit Penn algartam chun an gníomh móilíneach idir an leacht agus an sileacain a insamhail.

San iomlán, d’úsáid an fhoireann leictreoin chun íomhánna ultra-ardtaifigh a dhéanamh den phróiseas agus ansin rinne siad na híomhánna a athchruthú i 3D, cosúil leis an gcaoi a gcruthaíonn lianna íomhá 3D d’othair' s géag nó orgán.

& quot; Tugann an obair seo treochlár soiléir chun sileacain a fhorbairt mar an anóid do cheallraí ardchumais," arsa Wang.

Ag PNNL, tá an obair mar chuid de chlár leathan taighde a dhéanann iniúchadh ar anóidí sileacain, lena n-áirítear ábhair bhunaidh cosúil le bratuithe, bealaí nua chun na gairis a dhéanamh, agus leictrilít nua a mhéadaíonn saol na ceallraí.

Chomh maith le Wang, tá údair PNNL eile an pháipéir ina measc Yang He, Yaobin Xu, Haiping Jia, Ran Yi, Miao Song, Xiaolin Li (údar comhfhreagrach freisin) agus Ji-Guang (Jason) Zhang.

Foinse Scéal:

Ábhairarna sholáthar agSaotharlann Náisiúnta DOE / Pacific Northwest. Bunaidh scríofa ag Tom Rickey.Nóta: Is féidir an t-ábhar a chur in eagar de réir stíle agus faid.