30 ژانویه 2024
(Nanowerk Spotlight) گذار به انرژی تجدیدپذیر بادی و خورشیدی با یک مانع اساسی در فقدان گزینه های ذخیره سازی انرژی در مقیاس بزرگ مقرون به صرفه مواجه است. بدون باتری های مقرون به صرفه در سطح شبکه، نوسانات و مسائل متناوب، پذیرش گسترده تولید پایدار را غیرعملی می کند. پس از گامهای امیدوارکننده برای کاهش هزینههای تولید قطعاتی مانند پانلهای خورشیدی و توربینهای بادی، فناوری ذخیرهسازی بهعنوان آخرین مانع باقیمانده برای رفع ظاهر شده است. علیرغم تحقیق و توسعه شدید شرکتهای پیشرو باتری، شیمی لیتیوم یون رایج برای دستیابی به ترکیبی از قیمتهای پایین، ایمنی، پایداری و عمر چرخه بالا مورد نیاز برای این کاربرد تلاش میکند. پتانسیل در حال ظهور باتریهای یون سدیم، تلاشها را دوباره انرژی بخشیده است، اما موفقیت آنها به توسعه الکترودهای مناسب بدون مواد کمیاب یا سمی بیش از حد بستگی دارد. در مقاله ای که در مواد کاربردی پیشرفته (“Tea-Derived Sustainable Materials”)، تیمی به رهبری دکتر Xingcai Zhang در دانشگاه هاروارد جزئیات توسعه یک آند باتری سدیم یون با کارایی بالا را با استفاده از یک ماده خلاقانه مشتق شده از برگ های ضایعات چای شرح می دهند. با پیشرفتهای اخیر که باتریهای یون سدیم را به جایگزینی مناسب و کمهزینه برای فناوری رایج لیتیوم یون تبدیل کرده است، آند با منبع زیست توده محققان ویژگیهایی را نشان میدهد که میتواند نسل بعدی ذخیرهسازی انرژی در سطح شبکه را مقرون به صرفه و پایدار کند. تلاشهای قبلی برای باتریهای یون سدیم به قیمت پایینی دست یافتهاند، اما در زمینههای عملکردی مانند ظرفیت شارژ، طول عمر و نرخ شارژ بسیار آسیب دیدهاند تا تسلط یون لیتیوم را جایگزین کنند. بسیاری از این از چالش های شیمی اساسی ناشی می شود، زیرا اندازه بزرگتر یون های سدیم، حرکت سریع در اجزای باتری را محدود می کند. پیشرفت مرکزی آند برگ چای دکتر ژانگ در این است که این محدودیت های ذاتی را متعادل می کند. محققان از طریق یک فرآیند ساده پیرولیز یک مرحلهای، ساقههای خام برگ چای را به یک ماده «کربن سخت» تبدیل میکنند که برای ذخیرهسازی یون سدیم بهینه شده است. در مقایسه با آندهای مبتنی بر کربن موجود، کربن سخت مشتق شده از ضایعات چای تیم، موسوم به TS-1400-HCl، معیارهای قابل ملاحظه ای بهبود یافته را در سراسر صفحه ارائه می دهد. 70 درصد ظرفیت اولیه بالاتر، 91 درصد راندمان بالاتر در اولین چرخه شارژ/دشارژ و 7 تا 9 برابر طول عمر بیشتر در 500 سیکل را فراهم می کند. نکته مهم این است که TS-1400-HCl تنها با استفاده از اجزای پایه ارزان قیمت از طریق یک فرآیند صنعتی مقیاس پذیر به این عملکرد دست پیدا می کند.
تصویر HRTEM از TS-1400-HCl. (با اجازه Wiley-VCH Verlag تجدید چاپ شده است) محققان ظرفیت های TS-1400-HCl را به پیشرفت های ساختاری فعال شده توسط پیش ساز ساقه های برگ چای و درمان استراتژیک اسید نسبت می دهند. ساختار زیست توده متخلخل طبیعی آن، نفوذ الکترولیت را تسهیل میکند و در عین حال نقصها و فضاهای خالی زیادی را برای جذب یون سدیم حفظ میکند. شستشوی اسیدی ناخالصی هایی را که منجر به کاهش ظرفیت به صورت خام می شود، از بین می برد. این رویکرد دو طرفه منجر به یک آند کربن بهینه شده میشود که باعث ایجاد فاصله گسترده بین لایههای گرافیت مانند، مکانهای جذب فراوان در بین میکرو و مزوپورها و استحکام ساختاری عالی در هنگام شارژ مکرر میشود. از طریق تجزیه و تحلیل طیفسنجی، گروه دکتر ژانگ تأیید کردند که ذخیرهسازی یون سدیم TS-1400-HCl از طریق فرآیند جذب سطحی که منافذ و نقصها را پر میکند، رخ میدهد و به دنبال آن بین صفحات گرافیتی عمیقتر در الکترود تودهای قرار میگیرد. این مکانیسم دوگانه، با بهرهگیری از قدرتهای بافت کربن سخت زیستتوده، از مواد برای اطمینان از ظرفیت بالا و کارایی الکتریکی استفاده کامل میکند. آزمایشهای امکانسنجی در دنیای واقعی یک سلول سکهای کامل سدیم-یونی، نامزدی TS-1400-HCl را به عنوان یک الکترود تولید انبوه بیشتر کرد. حتی بدون اینکه آند را برای پایداری آماده کند، سلول کامل برگ چای دکتر ژانگ با Na3V2(PO4)3 کاتد همچنان به طول عمر استثنایی در بیش از 1000 چرخه و چگالی انرژی قابل رقابت با باتری های لیتیوم یون تجاری دست یافت. چنین تظاهراتی از آمادگی بدون پیش پردازش تخصصی بر دوام و مقرون به صرفه بودن TS-1400-HCl تاکید می کند. محققان تخمین می زنند که عملیات اسیدی و بازپخت ارزان قیمتی که برای تولید آندهای کربن سخت آنها استفاده می شود، قیمت رقابتی را در حدود 5 تا 7 دلار در هر کیلوگرم در مقیاس ممکن می کند. همراه با فراوانی منابع برگ چای خام - تولید سالانه چین به تنهایی بیش از 1 میلیارد کیلوگرم است - گروه دکتر ژانگ معتقد است رویکرد زیست توده آنها دارای پتانسیل قوی برای پایداری واقعی و اثرات مثبت زیست محیطی به عنوان یک ماده باتری اصلی و مقرون به صرفه است. با تحقیقات مستمر در مورد مواد کاتد مکمل که بر روی حداکثر کردن عملکرد به جای کاهش هزینه متمرکز شدهاند، باتریهای یون سدیم که الکترودهایی مانند TS-1400-HCl را یکپارچه میکنند، میتوانند به زودی پذیرش انبوه سیستمهای ذخیره و توزیع انرژی پاک را در مقیاس بزرگ باز کنند. با تبدیل زباله ها به وات، ظهور باتری های شبکه ای ارزان، بادوام و سازگار با زمین یک قدم به آن نزدیک تر می شود.
By
مایکل
برگر
- مایکل نویسنده سه کتاب توسط انجمن سلطنتی شیمی است:
جامعه نانو: پیش بردن مرزهای فناوری,
نانوتکنولوژی: آینده بسیار کوچک استو
نانومهندسی: مهارت ها و ابزارهایی که فناوری را نامرئی می کنند
کپی رایت ©
Nanowerk LLC
نویسنده مهمان Spotlight شوید! به گروه بزرگ و رو به رشد ما بپیوندید مشارکت کنندگان مهمان. آیا به تازگی یک مقاله علمی منتشر کرده اید یا پیشرفت های هیجان انگیز دیگری برای به اشتراک گذاشتن با جامعه فناوری نانو دارید؟ در اینجا نحوه انتشار در nanowerk.com آمده است.
- محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
- PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
- PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
- PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
- منبع: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64544.php
- : دارد
- :است
- 1
- 10
- 12
- 30
- 31
- 32
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- فراوانی
- فراوان
- رسیدن
- دست
- دستیابی به
- در میان
- اتخاذ
- پیشرفت
- پیشرفت
- ظهور
- مقرون به صرفه
- پس از
- تنها
- جایگزین
- an
- تحلیل
- و
- سالیانه
- کاربرد
- روش
- مناطق
- دور و بر
- AS
- At
- تلاشها
- نویسنده
- تعادل
- پایه
- باتری
- باتری
- BE
- معتقد است که
- برگر
- میان
- بیلیون
- زیست توده
- سفید
- تخته
- کتاب
- مرز
- دستیابی به موفقیت
- بنا
- اما
- by
- ظرفیت ها
- ظرفیت
- کربن
- سلول
- سیمانی
- مرکز
- مرکزی
- چالش ها
- بار
- شارژ
- ارزان
- شیمی
- چیناس
- تمیز
- انرژی پاک
- نزدیک
- سکه
- ترکیب
- ترکیب شده
- تجاری
- انجمن
- شرکت
- مقایسه
- رقابتی
- مکمل
- اجزاء
- تایید شده
- ادامه داد:
- تبدیل
- هزینه
- کاهش هزینه
- مقرون به صرفه
- میتوانست
- چرخه
- چرخه
- تاریخ
- عمیق تر
- ارائه
- نشان می دهد
- چگالی
- نشات گرفته
- با وجود
- جزئیات
- پروژه
- تحولات
- توزیع
- تسلط
- dr
- دوتایی
- دوبله شده
- بهره وری
- تلاش
- الکترولیت
- ظهور
- سنگ سنباده
- قادر ساختن
- فعال
- انرژی
- تراکم انرژی
- پیشرفت ها
- اطمینان حاصل شود
- محیطی
- تخمین زدن
- حتی
- بیش از
- عالی
- استثنایی
- بیش از اندازه
- مهیج
- موجود
- منبسط
- مخارج
- چهره ها
- تسهیل می کند
- امکان پذیری
- پر كردن
- نام خانوادگی
- نوسان
- متمرکز شده است
- به دنبال
- برای
- فرم
- از جانب
- کامل
- تابعی
- اساسی
- بیشتر
- آینده
- نسل
- می شود
- GIF
- بیشتر
- تا حد زیادی
- توری
- گروه
- در حال رشد
- مهمان
- سخت
- دانشگاه هاروارد
- دانشگاه هاروارد
- آیا
- زیاد
- عملکرد بالا
- بالاتر
- لولا
- چگونه
- چگونه
- HTTPS
- موانع
- تصویر
- تأثیر
- بهبود یافته
- in
- صنعتی
- ارزان
- ذاتی
- اول
- ابتکاری
- در عوض
- ادغام
- شدید
- به
- مسائل
- IT
- ITS
- پیوستن
- JPG
- تنها
- عدم
- بزرگ
- در مقیاس بزرگ
- بزرگتر
- نام
- لایه
- برجسته
- ترک کردن
- رهبری
- بهره برداری
- نهفته است
- زندگی
- پسندیدن
- محدودیت
- لینک
- آرم
- طول عمر
- خاموش
- کم
- قیمت پایین
- کم هزینه
- ساخته
- مسیر اصلی
- ساخت
- باعث می شود
- ساخت
- توده
- پذیرش دسته جمعی
- ماده
- مصالح
- مکانیزم
- متریک
- مایکل
- میکرو
- متوسط
- جنبش
- بسیار
- نام
- فناوری نانو
- بعد
- نه
- of
- خاموش
- on
- ONE
- فقط
- بهینه
- گزینه
- or
- دیگر
- ما
- تولید
- روی
- پانل
- مقاله
- نفوذ
- برای
- کارایی
- اجازه
- پی اچ پی
- محوری
- افلاطون
- هوش داده افلاطون
- PlatoData
- مثبت
- پتانسیل
- قدرت
- پیشگام
- شایع
- قبلی
- قیمت
- قیمت گذاری
- نخستین
- روند
- تولید کردن
- تولید
- امید بخش
- فراهم می کند
- منتشر کردن
- منتشر شده
- ناشر
- هل دادن
- کیفیت
- تحقیق و توسعه
- سریع
- نادر
- نرخ
- خام
- آمادگی
- واقعی
- دنیای واقعی
- اخیر
- کاهش
- کاهش
- باقی مانده
- حذف می کند
- تجدید پذیر
- مکرر
- ضروری
- تحقیق
- محققان
- منابع
- نتایج
- حفظ
- نیرومندی
- سلطنتی
- ایمنی
- مقیاس پذیر
- مقیاس
- علمی
- اشتراک گذاری
- ورق
- سایت
- اندازه
- مهارت ها
- جامعه
- سدیم
- خورشیدی
- پانل های خورشیدی
- انرژی خورشیدی
- بزودی
- تخصصی
- نور افکن
- ثبات
- ساقه ها
- گام
- هنوز
- ذخیره سازی
- گزینه های ذخیره سازی
- ساده
- استراتژیک
- نقاط قوت
- قدم می گذارد
- قوی
- ساختاری
- ساختار
- مبارزه
- قابل ملاحظه ای
- موفقیت
- چنین
- مناسب
- سطح
- پایداری
- قابل تحمل
- سیستم های
- طراحی شده
- چای
- تیم
- پیشرفته
- تست
- که
- La
- آینده
- شان
- اینها
- این
- سه
- از طریق
- به
- هم
- ابزار
- انتقال
- رفتار
- عطف
- تاکید
- دانشگاه
- باز
- به روز رسانی
- بر
- URL
- استفاده کنید
- استفاده
- با استفاده از
- بسیار
- از طريق
- زنده ماندن
- قابل اعتماد
- شستن
- ضایعات
- مسیر..
- در حین
- بطور گسترده
- باد
- با
- در داخل
- بدون
- خواهد بود
- شما
- شما
- زفیرنت
- ژانگ