30. januar 2024
(Nanowerk Spotlight) Overgangen til vedvarende vind- og solenergi står over for en afgørende vejspærring i manglen på overkommelige energilagringsmuligheder i stor skala. Uden omkostningseffektive batterier på netniveau gør udsving og intermittensproblemer en udbredt anvendelse af bæredygtig generation upraktisk. Efter lovende fremskridt, der reducerer produktionsomkostningerne for komponenter som solpaneler og vindmøller, er lagringsteknologi dukket op som den sidste forhindring, der skal fjernes. På trods af intens forskning og udvikling fra førende batterivirksomheder, kæmper den fremherskende lithium-ion-kemi for at opnå den kombination af lave priser, sikkerhed, stabilitet og høj cykluslevetid, der kræves til denne applikation. Det nye potentiale af natrium-ion-batterier har genoplivet indsatsen, men deres succes afhænger af udviklingen af egnede elektroder uden overdreven sjældne eller giftige materialer. I et blad udgivet i Avancerede funktionelle materialer (“Tea-Derived Sustainable Materials”), et team ledet af Dr. Xingcai Zhang ved Harvard University beskriver deres udvikling af en højtydende natrium-ion-batterianode ved hjælp af et innovativt materiale afledt af affalds-teblade. Med udgangspunkt i de seneste fremskridt, der har gjort natrium-ion-batterier til et levedygtigt og billigt alternativ til gængs lithium-ion-teknologi, demonstrerer forskernes biomasse-sourcede anode kvaliteter, der kunne muliggøre den næste generation af overkommelig og bæredygtig energilagring på netniveau. Tidligere forsøg på natrium-ion-batterier har opnået lave omkostninger, men har lidt for meget på ydeevneområder som ladekapacitet, levetid og opladningshastigheder til at fortrænge lithium-ion-dominans. Meget af dette stammer fra grundlæggende kemi-udfordringer, da den større størrelse af natriumioner begrænser hurtig bevægelse inden for batterikomponenter. Det centrale fremskridt for Dr. Zhangs tebladanode ligger i den måde, den afbalancerer disse iboende begrænsninger. Gennem en ligetil et-trins pyrolyseproces omdanner forskerne rå tebladstængler til et "hårdt kulstof"-materiale, der er optimeret til lagring af natriumion. Sammenlignet med eksisterende kulstofbaserede anoder leverer holdets affaldste-afledte hårde kulstof, kaldet TS-1400-HCl, væsentligt forbedrede målinger over hele linjen. Det giver 70 % højere startkapacitet, 91 % højere effektivitet i den allerførste opladnings-/afladningscyklus og 7-9 gange længere levetid over 500 cyklusser. Kritisk set opnår TS-1400-HCl denne banebrydende ydeevne ved kun at bruge billige basiskomponenter via en skalerbar industriel proces.
HRTEM-billede af TS-1400-HCl. (Genoptrykt med tilladelse af Wiley-VCH Verlag) Forskerne tilskriver TS-1400-HCl's kapacitet til strukturelle forbedringer muliggjort af forløberens tebladstængler og strategisk syrebehandling. Dens naturligt porøse biomassestruktur letter elektrolytgennemtrængning, mens den bibeholder rigelige defekter og hulrum til natriumionadsorption. Syrevask fjerner urenheder, der førte til kapacitetstab i rå form. Denne tostrengede tilgang resulterer i en optimeret carbonanode, der giver udvidet afstand mellem grafitlignende lag, rigelige adsorptionssteder på tværs af mikro- og mesoporer og fremragende strukturel robusthed over gentagen opladning. Gennem spektroskopisk analyse bekræftede Dr. Zhangs gruppe, at TS-1400-HCl's natriumionlagring sker via en overfladeadsorptionsproces, der fylder porer og defekter, efterfulgt af interkalation mellem grafitiske ark dybere i bulkelektroden. Denne dobbelte mekanisme, der udnytter styrkerne af den skræddersyede biomasse hårde kulstoftekstur, gør fuld brug af materialet for at sikre høj kapacitet og elektrisk effektivitet. Real-world gennemførlighedstest af en fuld natrium-ion møntcelle cementerede yderligere TS-1400-HCl's kandidatur som en masseproduktionselektrode. Uden selv at prædidierere anoden for at prime den til stabilitet, vil Dr. Zhangs teblads fulde celle med en Na3V2(PO4)3 katoden opnåede stadig en enestående levetid over 1000 cyklusser og energitæthed, der var konkurrencedygtig med kommercielle lithium-ion-batterier. Sådanne demonstrationer af parathed uden specialiseret forbehandling understreger TS-1400-HCl's levedygtighed og omkostningseffektivitet. Forskerne vurderer, at den billige syrebehandling og udglødning, der bruges til at producere deres hårde kulstofanoder, vil muliggøre konkurrencedygtige priser omkring 5-7 USD pr. kg i stor skala. Kombineret med overfloden af rå tebladressourcer – Kinas årlige produktion alene overstiger 1 milliard kg – mener Dr. Zhangs gruppe, at deres biomassetilgang har et stort potentiale for reel bæredygtighed og positiv miljøpåvirkning som et almindeligt, prisvenligt batterimateriale. Med fortsat forskning i komplementære katodematerialer fokuseret på ydeevnemaksimering i stedet for omkostningsreduktion, kan natrium-ion-batterier, der integrerer elektroder som TS-1400-HCl, snart åbne op for masseanvendelse af storstilede lagrings- og distributionssystemer for ren energi. Ved at omdanne affald til watt kommer fremkomsten af billige, holdbare og jordvenlige netbatterier et skridt nærmere.
– Michael er forfatter til tre bøger af Royal Society of Chemistry:
Nanosamfund: At flytte teknologiens grænser,
Nanoteknologi: Fremtiden er lilleog
Nanoengineering: De færdigheder og værktøjer, der gør teknologi usynlig
Copyright ©
Nanowerk LLC
Bliv en Spotlight-gæsteforfatter! Slut dig til vores store og voksende gruppe af gæstebidragydere. Har du lige udgivet en videnskabelig artikel eller har du andre spændende udviklinger at dele med nanoteknologisamfundet? Sådan udgiver du på nanowerk.com.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
- PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
- PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
- PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
- Kilde: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64544.php
- :har
- :er
- 1
- 10
- 12
- 30
- 31
- 32
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- overflod
- rigelig
- opnå
- opnået
- opnår
- tværs
- Vedtagelse
- fremme
- fremskridt
- advent
- overkommelige
- Efter
- alene
- alternativ
- an
- analyse
- ,
- årligt
- Anvendelse
- tilgang
- områder
- omkring
- AS
- At
- Forsøg på
- forfatter
- saldi
- bund
- batterier
- batteri
- BE
- mener
- Berger
- mellem
- Billion
- biomasse
- blank
- board
- Bøger
- grænser
- gennembrud
- Bygning
- men
- by
- kapaciteter
- Kapacitet
- kulstof
- celle
- cementeret
- center
- central
- udfordringer
- afgift
- opladning
- billig
- kemi
- Chinas
- ren
- ren energi
- tættere
- Coin
- kombination
- kombineret
- kommerciel
- samfund
- Virksomheder
- sammenlignet
- konkurrencedygtig
- komplementære
- komponenter
- BEKRÆFTET
- fortsatte
- konvertere
- Koste
- omkostningsreduktion
- omkostningseffektiv
- kunne
- cyklus
- cykler
- Dato
- dybere
- leverer
- demonstrerer
- tæthed
- Afledt
- Trods
- detaljer
- Udvikling
- udvikling
- fordeling
- Dominans
- dr
- dobbelt
- døbt
- effektivitet
- indsats
- elektrolyt
- opstået
- smergel
- muliggøre
- aktiveret
- energi
- energitetthed
- forbedringer
- sikre
- miljømæssige
- skøn
- Endog
- overstiger
- fremragende
- enestående
- overdreven
- spændende
- eksisterende
- udvidet
- udgifter
- ansigter
- letter
- gennemførlighed
- fyldning
- Fornavn
- fluktuation
- fokuserede
- efterfulgt
- Til
- formular
- fra
- fuld
- funktionel
- fundamental
- yderligere
- fremtiden
- generation
- får
- gif
- større
- stærkt
- Grid
- gruppe
- Dyrkning
- Gæst
- Hård Ost
- Harvard
- Harvard Universitet
- Have
- Høj
- Høj ydeevne
- højere
- hængsler
- Hvordan
- How To
- HTTPS
- hyler
- billede
- KIMOs Succeshistorier
- forbedret
- in
- industrielle
- billig
- iboende
- initial
- innovativ
- i stedet
- Integration
- intens
- ind
- spørgsmål
- IT
- ITS
- deltage
- jpg
- lige
- Mangel
- stor
- storstilet
- større
- Efternavn
- lag
- førende
- Forlade
- Led
- løftestang
- ligger
- Livet
- ligesom
- begrænsninger
- logo
- levetid
- off
- Lav
- lave priser
- lave omkostninger
- lavet
- Mainstream
- lave
- maerker
- Making
- Masse
- Masseadoption
- materiale
- materialer
- mekanisme
- Metrics
- Michael
- mikro
- Mellemøsten
- bevægelse
- meget
- navn
- nanoteknologi
- næste
- ingen
- of
- off
- on
- ONE
- kun
- optimeret
- Indstillinger
- or
- Andet
- vores
- output
- i løbet af
- paneler
- Papir
- trænge ind
- per
- ydeevne
- tilladelse
- PHP
- afgørende
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatoData
- positiv
- potentiale
- magt
- forløber
- fremherskende
- tidligere
- Priser
- prissætning
- Prime
- behandle
- producere
- produktion
- lovende
- giver
- offentliggøre
- offentliggjort
- forlægger
- Pushing
- kvaliteter
- F & U
- hurtige
- SJÆLDEN
- priser
- Raw
- Readiness
- ægte
- virkelige verden
- nylige
- reducere
- reduktion
- resterende
- fjerner
- Vedvarende
- gentaget
- påkrævet
- forskning
- forskere
- Ressourcer
- Resultater
- tilbageholdende
- robusthed
- Royal
- Sikkerhed
- skalerbar
- Scale
- videnskabelig
- Del
- ark
- Websteder
- Størrelse
- færdigheder
- Samfund
- natrium
- sol
- solpaneler
- Solar Power
- Snart
- specialiserede
- Spotlight
- Stabilitet
- stængler
- Trin
- Stadig
- opbevaring
- opbevaringsmuligheder
- ligetil
- Strategisk
- styrker
- fremskridt
- stærk
- strukturel
- struktur
- Kamp
- væsentligt
- succes
- sådan
- egnede
- overflade
- Bæredygtighed
- bæredygtig
- Systemer
- skræddersyet
- Te
- hold
- Teknologier
- tests
- at
- Fremtiden
- deres
- Disse
- denne
- tre
- Gennem
- til
- også
- værktøjer
- overgang
- behandling
- Drejning
- understrege
- universitet
- låse
- opdateringer
- på
- URL
- brug
- anvendte
- ved brug af
- meget
- via
- levedygtighed
- levedygtig
- vask
- Affald
- Vej..
- mens
- udbredt
- blæst
- med
- inden for
- uden
- ville
- dig
- Din
- zephyrnet
- zhang