30 בינואר 2024
(Nanowerk זרקור) המעבר לאנרגיה מתחדשת של רוח ואנרגיה סולארית עומד בפני מחסום דרכים מרכזי בהיעדר אפשרויות אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול במחירים סבירים. ללא סוללות חסכוניות ברמת הרשת, בעיות תנודות וסירוגין הופכות אימוץ נרחב של ייצור בר-קיימא לבלתי מעשי. לאחר צעדים מבטיחים להפחתת הוצאות הייצור של רכיבים כמו פאנלים סולאריים וטורבינות רוח, טכנולוגיית האחסון התגלתה כמכשול האחרון שנותר להתפנות. למרות מחקר ופיתוח אינטנסיבי של חברות סוללות מובילות, כימיות ליתיום-יון נפוצות נאבקות להשיג את השילוב של מחירים נמוכים, בטיחות, יציבות וחיי מחזור גבוהים הנדרשים ליישום זה. הפוטנציאל המתפתח של סוללות נתרן-יון הניע מחדש את המאמצים, אך הצלחתן תלויה בפיתוח של אלקטרודות מתאימות ללא חומרים נדירים או רעילים מופרזים. במאמר שפורסם ב חומרים פונקציונליים מתקדמים (“Tea-Derived Sustainable Materials”), צוות בראשות ד"ר Xingcai Zhang מאוניברסיטת הרווארד מפרט את הפיתוח שלהם לאנודת סוללת נתרן-יון בעלת ביצועים גבוהים תוך שימוש בחומר חדשני המופק מפסולת עלי תה. בהתבסס על ההתקדמות האחרונה שהפכה את סוללות הנתרן-יון לאלטרנטיבה בת-קיימא ובעלות נמוכה לטכנולוגיית הליתיום-יון הרווחת, האנודה של החוקרים ממקור ביומסה מדגימה איכויות שיכולות לאפשר את הדור הבא של אחסון אנרגיה בר-קיימא ברמת רשת במחירים סבירים. ניסיונות קודמים של סוללות נתרן-יון השיגו עלות נמוכה אך סבלו יותר מדי בתחומי ביצועים כמו קיבולת טעינה, אריכות ימים וקצבי טעינה כדי לעקור את הדומיננטיות של ליתיום-יון. הרבה מזה נובע מאתגרים בסיסיים בכימיה, שכן הגודל הגדול יותר של יוני נתרן מגביל תנועה מהירה בתוך רכיבי הסוללה. ההתקדמות המרכזית של האנודה של ד"ר ג'אנג טמונה בדרך שבה היא מאזנת את המגבלות המובנות הללו. באמצעות תהליך פירוליזה חד-שלבי פשוט, החוקרים ממירים גבעולי עלי תה גולמיים לחומר "פחמן קשה" המותאם לאחסון נתרן-יון. בהשוואה לאנודות הקיימות מבוססות פחמן, הפחמן הקשיח שמקורו בפסולת תה של הצוות, המכונה TS-1400-HCl, מספק מדדים משופרים באופן משמעותי בכל הטווח. הוא מספק קיבולת ראשונית גבוהה ב-70%, יעילות גבוהה יותר ב-91% במחזור הטעינה/הפריקה הראשון, ואריכות חיים גבוהה פי 7-9 על פני 500 מחזורים. באופן קריטי, TS-1400-HCl משיג ביצועים פורצי דרך אלה באמצעות רכיבי בסיס זולים בלבד באמצעות תהליך תעשייתי שניתן להרחבה.
תמונת HRTEM של TS-1400-HCl. (נדפס מחדש באישור Wiley-VCH Verlag) החוקרים מייחסים את היכולות של TS-1400-HCl לשיפורים מבניים המתאפשרים על ידי גבעולי עלי התה המבשרים וטיפול אסטרטגי בחומצה. מבנה הביומסה הנקבובי הטבעי שלו מקל על חדירת אלקטרוליטים תוך שמירה על פגמים וחללים רבים לספיחת יוני נתרן. שטיפת חומצה מסירה זיהומים שהובילו לאובדן קיבולת בצורה גולמית. גישה דו-כיוונית זו מביאה לאנודת פחמן אופטימלית המקנה מרווח מורחב בין שכבות דמויות גרפיט, אתרי ספיחה בשפע על פני מיקרו ומסופוריות, וחוסן מבני מעולה על פני טעינה חוזרת. באמצעות ניתוח ספקטרוסקופי, קבוצתו של ד"ר ג'אנג אישרה כי אחסון יוני הנתרן של TS-1400-HCl מתרחש באמצעות תהליך ספיחה על פני השטח הממלא נקבוביות ופגמים, ולאחר מכן שילוב בין יריעות גרפיות עמוק יותר באלקטרודה בתפזורת. מנגנון כפול זה, הממנף את העוצמות של מרקם הפחמן הקשיח המותאם ביומסה, עושה שימוש מלא בחומר כדי להבטיח קיבולת גבוהה ויעילות חשמלית. בדיקות היתכנות בעולם האמיתי של תא מטבע מלא נתרן-יון חיזקו עוד יותר את מועמדותו של TS-1400-HCl כאלקטרודה לייצור המוני. אפילו בלי להניע את האנודה כדי לקדם אותה ליציבות, התא המלא של עלי התה של ד"ר ג'אנג עם Na3V2(פו4)3 הקתודה עדיין השיגה אורך חיים יוצא דופן מעל 1000 מחזורים וצפיפות אנרגיה תחרותית עם סוללות ליתיום-יון מסחריות. הדגמות כאלה של מוכנות ללא עיבוד מקדים מיוחד מדגישות את הכדאיות והעלות-תועלת של TS-1400-HCl. החוקרים מעריכים שטיפול החומצה והחישול הזולים המשמשים לייצור אנודות הפחמן הקשות שלהם יאפשרו תמחור תחרותי בסביבות 5-7 דולר לק"ג בקנה מידה. בשילוב עם שפע משאבי עלי התה הגולמיים - התפוקה השנתית של סין לבדה עולה על מיליארד ק"ג - הקבוצה של ד"ר ג'אנג מאמינה לגישת הביומסה שלהם יש פוטנציאל חזק לקיימות אמיתית ולהשפעה סביבתית חיובית כחומר סוללה מיינסטרים במחיר סביר. עם מחקר מתמשך של חומרים קתודיים משלימים המתמקדים במקסום ביצועים במקום בהפחתת עלויות, סוללות נתרן-יון המשלבות אלקטרודות כמו TS-1-HCl יכולות בקרוב לפתוח אימוץ המוני של מערכות אחסון והפצה של אנרגיה נקייה בקנה מידה גדול. על ידי הפיכת פסולת לוואטים, הופעתן של סוללות רשת זולות, עמידות וידידותיות לכדור הארץ מתקרבת צעד אחד.
By
מיכאל
ברגר
- מייקל הוא מחברם של שלושה ספרים מאת האגודה המלכותית לכימיה:
ננו-אגודה: לדחוף את גבולות הטכנולוגיה,
ננו-טכנולוגיה: העתיד זעיר, ו
ננו-הנדסה: הכישורים והכלים שהופכת את הטכנולוגיה לבלתי נראית
כל הזכויות שמורות ©
Nanowerk LLC
הפוך לסופר אורח זרקור! הצטרף לקבוצה הגדולה והגדלה שלנו של תורמים אורחים. האם פרסמת זה עתה מאמר מדעי או שיש לך התפתחויות מרגשות אחרות לחלוק עם קהילת הננוטכנולוגיה? כך לפרסם באתר nanowerk.com.
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
- PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
- מקור: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64544.php
- :יש ל
- :הוא
- 1
- 10
- 12
- 30
- 31
- 32
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- שפע
- שופע
- להשיג
- הושג
- משיגה
- לרוחב
- אימוץ
- לקדם
- התקדמות
- הִתגַלוּת
- מחיר סביר
- לאחר
- לבד
- חלופה
- an
- אנליזה
- ו
- שנתי
- בקשה
- גישה
- אזורים
- סביב
- AS
- At
- ניסיונות
- מחבר
- יתרות
- בסיס
- סוללות
- סוללה
- BE
- מאמין
- ברגר
- בֵּין
- B
- ביומסה
- ריק
- לוּחַ
- ספרים
- גבולות
- פריצת דרך
- בִּניָן
- אבל
- by
- קיבולת
- קיבולת
- פַּחמָן
- תא
- בטון
- מרכז
- מֶרכָּזִי
- האתגרים
- תשלום
- טְעִינָה
- זול
- כימיה
- צ'ינאס
- לְנַקוֹת
- אנרגיה נקייה
- קרוב יותר
- מטבע
- שילוב
- משולב
- מסחרי
- קהילה
- חברות
- לעומת
- תחרותי
- משלימה
- רכיבים
- מְאוּשָׁר
- נמשך
- להמיר
- עלות
- הפחתת עלויות
- עלות תועלת
- יכול
- מחזור
- מחזורי
- תַאֲרִיך
- עמוק יותר
- מספק
- מדגים
- צפיפות
- נגזר
- למרות
- פרטים
- צעצועי התפתחות
- התפתחויות
- הפצה
- שליטה
- dr
- כפול
- דיבוב
- יְעִילוּת
- מַאֲמָצִים
- אלקטרוליט
- יצא
- מתעורר
- לאפשר
- מופעל
- אנרגיה
- צפיפות אנרגיה
- שיפורים
- לְהַבטִיחַ
- סביבתי
- לְהַעֲרִיך
- אֲפִילוּ
- עולה
- מצוין
- יוצא דופן
- מופרז
- מרגש
- קיימים
- מורחב
- הוצאות
- פנים
- מקל
- כדאיות
- מְלִית
- ראשון
- תנודות
- מרוכז
- בעקבות
- בעד
- טופס
- החל מ-
- מלא
- פונקציונלי
- יסודי
- נוסף
- עתיד
- דור
- מקבל
- gif
- יותר
- מאוד
- רֶשֶׁת
- קְבוּצָה
- גדל
- אוֹרֵחַ
- קשה
- הרווארד
- אוניברסיטת הרוורד
- יש
- גָבוֹהַ
- ביצועים גבוהים
- גבוה יותר
- צירי
- איך
- איך
- HTTPS
- משוכה
- תמונה
- פְּגִיעָה
- משופר
- in
- התעשייה
- זול
- הטמון
- בתחילה
- חדשני
- במקום
- שילוב
- עז
- אל תוך
- בעיות
- IT
- שֶׁלָה
- להצטרף
- jpg
- רק
- חוסר
- גָדוֹל
- בקנה מידה גדול
- גדול יותר
- אחרון
- שכבות
- מוביל
- יציאה
- הוביל
- מינוף
- שקרים
- החיים
- כמו
- מגבלות
- לינקדין
- סֵמֶל
- אריכות ימים
- את
- נמוך
- מחירים נמוכים
- בעלות נמוכה
- עשוי
- זרם מרכזי
- לעשות
- עושה
- עשייה
- מסה
- אימוץ המוני
- חוֹמֶר
- חומרים
- מנגנון
- מדדים
- מיכאל
- מיקרו
- אמצע
- תנועה
- הרבה
- שם
- ננוטכנולוגיה
- הבא
- לא
- of
- כבוי
- on
- ONE
- רק
- אופטימיזציה
- אפשרויות
- or
- אחר
- שלנו
- תפוקה
- יותר
- פנלים
- מאמר
- חֲדִירָה
- עבור
- ביצועים
- רשות
- PHP
- מכריע
- אפלטון
- מודיעין אפלטון
- אפלטון נתונים
- חיובי
- פוטנציאל
- כּוֹחַ
- מבשר
- נפוץ
- קודם
- מחירים
- תמחור
- ראשוני
- תהליך
- לייצר
- הפקה
- מבטיח
- מספק
- לפרסם
- לאור
- מוציא לאור
- דוחף
- תכונות
- R & D
- מהיר
- נדיר
- תעריפים
- חי
- מוכנות
- ממשי
- עולם אמיתי
- לאחרונה
- הפחתה
- הפחתה
- נותר
- מסיר
- מתחדשים
- חזר
- נדרש
- מחקר
- חוקרים
- משאבים
- תוצאות
- שמירה
- איתנות
- מלכותי
- בְּטִיחוּת
- להרחבה
- סולם
- מדעי
- שיתוף
- גיליונות
- אתרים
- מידה
- מיומנויות
- חֶברָה
- נתרן
- סולרי
- פנלים סולאריים
- כוח סולארי
- בקרוב
- מיוחד
- זַרקוֹר
- יציבות
- גבעולים
- שלב
- עוד
- אחסון
- אפשרויות אחסון
- פשוט
- אסטרטגי
- חוזק
- צעדים
- חזק
- מִבנִי
- מִבְנֶה
- מַאֲבָק
- באופן משמעותי
- הצלחה
- כזה
- מַתְאִים
- משטח
- קיימות
- בר קיימא
- מערכות
- מותאם
- תֵה
- נבחרת
- טכנולוגיה
- בדיקות
- זֶה
- השמיים
- העתיד
- שֶׁלָהֶם
- אלה
- זֶה
- שְׁלוֹשָׁה
- דרך
- ל
- גַם
- כלים
- מַעֲבָר
- טיפול
- פנייה
- מדגיש
- אוניברסיטה
- לפתוח
- עדכונים
- על
- כתובת האתר
- להשתמש
- מְשׁוּמָשׁ
- באמצעות
- מאוד
- באמצעות
- יכולת חיוניות הקיום
- בַּר חַיִים
- כביסה
- לבזבז
- דֶרֶך..
- בזמן
- נָפוֹץ
- רוח
- עם
- בתוך
- לְלֹא
- היה
- אתה
- זפירנט
- ג'אנג