30 يناير 2024
(أضواء Nanowerk) يواجه التحول إلى طاقة الرياح والطاقة الشمسية المتجددة عقبة محورية تتمثل في الافتقار إلى خيارات تخزين الطاقة على نطاق واسع وبأسعار معقولة. وبدون بطاريات فعالة من حيث التكلفة على مستوى الشبكة، فإن قضايا التقلب والتقطع تجعل اعتماد التوليد المستدام على نطاق واسع غير عملي. بعد خطوات واعدة لخفض تكاليف الإنتاج لمكونات مثل الألواح الشمسية وتوربينات الرياح، برزت تكنولوجيا التخزين باعتبارها العقبة الأخيرة المتبقية التي يجب إزالتها. على الرغم من البحث والتطوير المكثف من قبل شركات البطاريات الرائدة، فإن كيمياء أيونات الليثيوم السائدة تكافح لتحقيق مزيج من الأسعار المنخفضة والسلامة والاستقرار ودورة الحياة العالية المطلوبة لهذا التطبيق. لقد أدت الإمكانات الناشئة لبطاريات أيونات الصوديوم إلى إعادة تنشيط الجهود، لكن نجاحها يعتمد على تطوير أقطاب كهربائية مناسبة دون الإفراط في استخدام المواد النادرة أو السامة. في ورقة نشرت في المواد الوظيفية المتقدمة (“Tea-Derived Sustainable Materials”)، فريق بقيادة الدكتور شينغكاي تشانغ في جامعة هارفارد يشرح تفاصيل تطويرهم لأنود بطارية أيون الصوديوم عالي الأداء باستخدام مادة مبتكرة مشتقة من نفايات أوراق الشاي. بناءً على التطورات الحديثة التي جعلت من بطاريات أيون الصوديوم بديلاً قابلاً للتطبيق ومنخفض التكلفة لتكنولوجيا أيون الليثيوم السائدة، يُظهر الأنود الذي تم الحصول عليه من الكتلة الحيوية للباحثين الصفات التي يمكن أن تمكن الجيل التالي من تخزين الطاقة بأسعار معقولة ومستدامة على مستوى الشبكة. حققت المحاولات السابقة لبطاريات أيون الصوديوم تكلفة منخفضة ولكنها عانت كثيرًا في مجالات الأداء مثل سعة الشحن وطول العمر ومعدلات الشحن لتحل محل هيمنة أيون الليثيوم. وينبع الكثير من هذا من التحديات الكيميائية الأساسية، حيث أن الحجم الأكبر لأيونات الصوديوم يقيد الحركة السريعة داخل مكونات البطارية. يكمن التقدم المركزي لأنود أوراق الشاي الخاص بالدكتور تشانغ في الطريقة التي يوازن بها بين هذه القيود المتأصلة. ومن خلال عملية انحلال حراري بسيطة مكونة من خطوة واحدة، قام الباحثون بتحويل سيقان أوراق الشاي الخام إلى مادة "كربون صلب" محسنة لتخزين أيونات الصوديوم. بالمقارنة مع الأنودات القائمة على الكربون، فإن الكربون الصلب المشتق من نفايات الشاي، والذي يطلق عليه اسم TS-1400-HCl، يوفر مقاييس محسنة بشكل كبير في جميع المجالات. فهو يوفر قدرة أولية أعلى بنسبة 70%، وكفاءة أعلى بنسبة 91% في أول دورة شحن/تفريغ، وعمر أطول بمقدار 7-9 مرات على مدى 500 دورة. والأهم من ذلك، أن TS-1400-HCl يحقق هذا الأداء المذهل باستخدام مكونات أساسية غير مكلفة فقط عبر عملية صناعية قابلة للتطوير.
صورة HRTEM لـ TS-1400-HCl. (أعيد طبعه بإذن من Wiley-VCH Verlag) يعزو الباحثون قدرات TS-1400-HCl إلى التحسينات الهيكلية التي مكنتها من سيقان أوراق الشاي الأولية والمعالجة الحمضية الاستراتيجية. يسهل هيكل الكتلة الحيوية المسامية بشكل طبيعي اختراق المنحل بالكهرباء مع الاحتفاظ بالعيوب والفراغات الوافرة لامتصاص أيونات الصوديوم. يزيل الغسيل الحمضي الشوائب التي أدت إلى فقدان القدرة في الشكل الخام. وينتج عن هذا النهج ذو الشقين أنود كربون محسّن يوفر تباعدًا موسعًا بين الطبقات الشبيهة بالجرافيت، ومواقع امتزاز وفيرة عبر المسام الصغيرة والمتوسطة، ومتانة هيكلية ممتازة على الشحن المتكرر. من خلال التحليل الطيفي، أكدت مجموعة الدكتور تشانغ أن تخزين أيون الصوديوم في TS-1400-HCl يحدث عبر عملية امتزاز سطحية تملأ المسام والعيوب، يليها إقحام بين صفائح الجرافيت بشكل أعمق في القطب السائب. تعمل هذه الآلية المزدوجة، التي تستفيد من قوة نسيج الكربون الصلب للكتلة الحيوية، على الاستفادة الكاملة من المادة لضمان السعة العالية والكفاءة الكهربائية. عززت اختبارات الجدوى الواقعية لخلية عملة أيون الصوديوم الكاملة ترشيح TS-1400-HCl كقطب كهربائي للإنتاج الضخم. بدون حتى ترسيخ الأنود لتجهيزه لتحقيق الاستقرار، فإن ورقة الشاي الخاصة بالدكتور تشانغ تحتوي على خلية كاملة مع الصوديوم3V2(أ ف ب4)3 لا يزال الكاثود يحقق طول عمر استثنائي يزيد عن 1000 دورة وكثافة طاقة تنافسية مع بطاريات الليثيوم أيون التجارية. تؤكد مثل هذه العروض التوضيحية للاستعداد دون أي معالجة مسبقة متخصصة على جدوى TS-1400-HCl وفعاليته من حيث التكلفة. ويقدر الباحثون أن المعالجة الحمضية غير المكلفة والتليين المستخدمة لإنتاج أنودات الكربون الصلب ستمكن من الحصول على أسعار تنافسية تتراوح بين 5 إلى 7 دولارات للكيلوغرام الواحد على نطاق واسع. إلى جانب وفرة موارد أوراق الشاي الخام - يتجاوز الإنتاج السنوي للصين وحده مليار كيلوغرام - تعتقد مجموعة الدكتور تشانغ أن نهج الكتلة الحيوية الخاص بهم يتمتع بإمكانات قوية لتحقيق الاستدامة الحقيقية والتأثير البيئي الإيجابي باعتباره مادة بطاريات رئيسية وبأسعار معقولة. ومع استمرار الأبحاث في مواد الكاثود التكميلية التي تركز على تعظيم الأداء بدلاً من خفض التكلفة، يمكن لبطاريات أيون الصوديوم التي تدمج الأقطاب الكهربائية مثل TS-1-HCl أن تفتح أبوابها قريبًا للتبني الجماعي لأنظمة تخزين وتوزيع الطاقة النظيفة على نطاق واسع. ومن خلال تحويل النفايات إلى واط، يقترب ظهور بطاريات الشبكة الرخيصة والمتينة والصديقة للأرض خطوة واحدة.
By
مايكل
بيرجر
- مايكل مؤلف لثلاثة كتب للجمعية الملكية للكيمياء:
جمعية النانو: دفع حدود التكنولوجيا,
تقنية النانو: المستقبل صغيرو
هندسة النانو: المهارات والأدوات التي تجعل التكنولوجيا غير مرئية
حقوق الطبع والنشر ©
نانويرك ذ
كن مؤلفًا ضيفًا في Spotlight! انضم إلى مجموعتنا الكبيرة والمتنامية من المساهمين الضيوف. هل نشرت للتو ورقة علمية أو لديك تطورات أخرى مثيرة لمشاركتها مع مجتمع تكنولوجيا النانو؟ إليك كيفية النشر على nanowerk.com.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64544.php
- :لديها
- :يكون
- 1
- 10
- 12
- 30
- 31
- 32
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- وفرة
- وفيرة
- التأهيل
- تحقق
- يحقق
- في
- تبني
- تقدم
- السلف
- مجيء
- بأسعار معقولة
- بعد
- وحده
- البديل
- an
- تحليل
- و
- سنوي
- تطبيق
- نهج
- المناطق
- حول
- AS
- At
- محاولات
- المؤلفة
- أرصدة
- قاعدة
- بطاريات
- بطارية
- BE
- يعتقد
- بيرجر
- ما بين
- مليار
- الكتلة الحيوية
- فارغة
- مجلس
- كُتُب
- الحدود
- اختراق
- ابني
- لكن
- by
- القدرات
- الطاقة الإنتاجية
- كربون
- الخلية
- عزز
- مركز
- مركزي
- التحديات
- تهمة
- شحن
- رخيص
- كيمياء
- الصين
- نظيف
- الطاقة النظيفة
- أقرب
- عملة
- مجموعة
- الجمع بين
- تجاري
- مجتمع
- الشركات
- مقارنة
- تنافسي
- مكمل
- مكونات
- تم تأكيد
- واصل
- تحول
- التكلفة
- تقليل التكاليف
- فعاله من حيث التكلفه
- استطاع
- دورة
- دورات
- التاريخ
- أعمق
- يسلم
- يوضح
- كثافة
- مستمد
- على الرغم من
- تفاصيل
- التطوير التجاري
- التطورات
- توزيع
- هيمنة
- dr
- مزدوج
- يطلق عليها اسم
- كفاءة
- جهود
- "الإلكتروليت"
- ظهرت
- الناشئة
- تمكين
- تمكين
- طاقة
- كثافة الطاقة
- التحسينات
- ضمان
- بيئي
- تقدير
- حتى
- يتجاوز
- ممتاز
- استثنائي
- مفرط
- المثيره
- القائمة
- موسع
- مصاريف
- وجوه
- يسهل
- جدوى
- حشوة
- الاسم الأول
- التقلب
- ركز
- يتبع
- في حالة
- النموذج المرفق
- تبدأ من
- بالإضافة إلى
- وظيفي
- أساسي
- إضافي
- مستقبل
- جيل
- يحصل
- GIF
- أكبر
- جدا
- شبكة
- تجمع
- متزايد
- ضيف
- الثابت
- هارفارد
- جامعة هارفارد
- يملك
- مرتفع
- أداء عالي
- أعلى
- يتوقف
- كيفية
- كيفية
- HTTPS
- عقبة
- صورة
- التأثير
- تحسن
- in
- صناعي
- غير مكلف
- متأصل
- في البداية
- مبتكرة
- بدلًا من ذلك
- دمج
- شديد
- إلى
- مسائل
- IT
- انها
- الانضمام
- JPG
- م
- نقص
- كبير
- على نطاق واسع
- أكبر
- اسم العائلة
- طبقات
- قيادة
- يترك
- ليد
- الاستفادة من
- يكمن
- الحياة
- مثل
- القيود
- لينكدين:
- شعار
- طول العمر
- خسارة
- منخفض
- أسعار منخفضة
- منخفضة التكلفة
- صنع
- التيار
- جعل
- يصنع
- القيام ب
- كتلة
- التبني الجماعي
- مادة
- المواد
- آلية
- المقاييس
- مايكل
- الصغير
- وسط
- حركة
- كثيرا
- الاسم
- تكنولوجيا النانو
- التالي
- لا
- of
- خصم
- on
- ONE
- فقط
- الأمثل
- مزيد من الخيارات
- or
- أخرى
- لنا
- الناتج
- على مدى
- لوحات
- ورق
- اختراق
- إلى
- أداء
- إذن
- PHP
- محوري
- أفلاطون
- الذكاء افلاطون البيانات
- أفلاطون داتا
- إيجابي
- محتمل
- قوة
- نذير
- سائد
- سابق
- الأسعار
- التسعير
- رئيسي
- عملية المعالجة
- إنتاج
- الإنتــاج
- واعد
- ويوفر
- نشر
- نشرت
- الناشر
- دفع
- الصفات
- R & D
- سريع
- نادر
- الأجور
- الخام
- استعداد
- حقيقي
- العالم الحقيقي
- الأخيرة
- تقليص
- تخفيض
- المتبقية
- يزيل
- قابل للتجديد
- متكرر
- مطلوب
- بحث
- الباحثين
- الموارد
- النتائج
- الاحتفاظ
- متانة
- ملكي
- السلامة
- تحجيم
- حجم
- علمي
- مشاركة
- صحائف
- المواقع
- المقاس
- مهارات
- جاليات
- صوديوم
- شمسي
- الألواح الشمسية
- الطاقة الشمسية
- قريبا
- متخصص
- ابحث
- استقرار
- السيقان
- خطوة
- لا يزال
- تخزين
- خيارات التخزين
- صريح
- إستراتيجي
- نقاط القوة
- خطوات
- قوي
- الهيكلي
- بناء
- النضال
- جوهريا
- تحقيق النجاح
- هذه
- مناسب
- المساحة
- الاستدامة
- استدامة
- أنظمة
- تناسب
- شاي
- فريق
- تكنولوجيا
- اختبارات
- أن
- •
- المستقبل
- من مشاركة
- تشبه
- ثلاثة
- عبر
- إلى
- جدا
- أدوات
- انتقال
- علاج
- تحول
- أكد
- جامعة
- فتح
- آخر التحديثات
- بناء على
- URL
- تستخدم
- مستعمل
- استخدام
- جدا
- بواسطة
- بقاء
- قابل للحياة
- غسل
- نفاية
- طريق..
- في حين
- واسع الانتشار
- ريح
- مع
- في غضون
- بدون
- سوف
- لصحتك!
- حل متجر العقارات الشامل الخاص بك في جورجيا
- زفيرنت
- تشانغ