30 januari 2024
(Nanowerk-schijnwerper) De transitie naar hernieuwbare wind- en zonne-energie wordt geconfronteerd met een cruciale wegversperring in het gebrek aan betaalbare grootschalige energieopslagopties. Zonder kosteneffectieve batterijen op netniveau maken fluctuaties en intermitterende problemen de wijdverspreide adoptie van duurzame opwekking onpraktisch. Na veelbelovende stappen om de productiekosten voor componenten als zonnepanelen en windturbines te verlagen, is opslagtechnologie naar voren gekomen als de laatste hindernis die nog moet worden genomen. Ondanks intensieve R&D van toonaangevende batterijbedrijven, hebben de gangbare lithium-ion-chemieën moeite om de combinatie van lage prijzen, veiligheid, stabiliteit en lange levensduur te bereiken die voor deze toepassing vereist is. Het opkomende potentieel van natriumionbatterijen heeft de inspanningen nieuw leven ingeblazen, maar hun succes hangt af van de ontwikkeling van geschikte elektroden zonder buitensporige zeldzame of giftige materialen. In een artikel gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialen (“Tea-Derived Sustainable Materials”), beschrijft een team onder leiding van Dr. Xingcai Zhang van de Harvard University hun ontwikkeling van een hoogwaardige natrium-ionbatterijanode met behulp van een innovatief materiaal dat is afgeleid van afvaltheebladeren. Voortbouwend op recente ontwikkelingen die van natrium-ionbatterijen een levensvatbaar en goedkoop alternatief hebben gemaakt voor de gangbare lithium-iontechnologie, demonstreert de uit biomassa afkomstige anode van de onderzoekers kwaliteiten die de volgende generatie van betaalbare en duurzame energieopslag op netniveau mogelijk zouden kunnen maken. Eerdere pogingen met natrium-ionbatterijen hebben lage kosten opgeleverd, maar hebben te veel te lijden gehad op prestatiegebieden zoals laadcapaciteit, levensduur en oplaadsnelheden om de dominantie van lithium-ionen te verdringen. Een groot deel hiervan komt voort uit fundamentele chemische uitdagingen, aangezien de grotere omvang van natriumionen de snelle beweging binnen batterijcomponenten beperkt. De centrale vooruitgang van de theebladanode van Dr. Zhang ligt in de manier waarop deze deze inherente beperkingen in evenwicht brengt. Via een eenvoudig pyrolyseproces in één stap zetten de onderzoekers rauwe theebladstelen om in een ‘hard koolstof’-materiaal dat is geoptimaliseerd voor de opslag van natriumionen. Vergeleken met de bestaande op koolstof gebaseerde anodes levert de uit afvalthee afkomstige harde koolstof van het team, genaamd TS-1400-HCl, over de hele linie aanzienlijk betere meetwaarden. Het biedt een 70% hogere initiële capaciteit, 91% hogere efficiëntie in de allereerste laad-/ontlaadcyclus en een 7-9x langere levensduur over 500 cycli. Cruciaal is dat de TS-1400-HCl deze baanbrekende prestaties bereikt door uitsluitend gebruik te maken van goedkope basiscomponenten via een schaalbaar industrieel proces.
HRTEM-afbeelding van TS-1400-HCl. (Herdrukt met toestemming door Wiley-VCH Verlag) De onderzoekers schrijven de capaciteiten van TS-1400-HCl toe aan structurele verbeteringen die mogelijk worden gemaakt door de voorloper van theebladstelen en strategische zuurbehandeling. De van nature poreuze biomassastructuur vergemakkelijkt de penetratie van elektrolyten, terwijl er voldoende defecten en holtes behouden blijven voor de adsorptie van natriumionen. Zuur wassen verwijdert onzuiverheden die in ruwe vorm tot capaciteitsverlies hebben geleid. Deze tweeledige aanpak resulteert in een geoptimaliseerde koolstofanode die zorgt voor een grotere afstand tussen grafietachtige lagen, overvloedige adsorptieplaatsen in micro- en mesoporiën, en uitstekende structurele robuustheid bij herhaaldelijk opladen. Door middel van spectroscopische analyse bevestigde de groep van Dr. Zhang dat de natriumionenopslag van TS-1400-HCl plaatsvindt via een oppervlakte-adsorptieproces dat poriën en defecten vult, gevolgd door intercalatie tussen grafietplaten dieper in de bulkelektrode. Dit dubbele mechanisme, dat gebruik maakt van de sterke punten van de op maat gemaakte harde koolstoftextuur uit biomassa, maakt volledig gebruik van het materiaal om een hoge capaciteit en elektrische efficiëntie te garanderen. Real-world haalbaarheidstests van een volledige natriumion-knoopcel versterkten de kandidatuur van TS-1400-HCl als massaproductie-elektrode verder. Zonder zelfs maar de anode te presoderen om hem klaar te maken voor stabiliteit, is het theeblad van Dr. Zhang volledig celvormig met een Na3V2(PO4)3 kathode behaalde nog steeds een uitzonderlijke levensduur van meer dan 1000 cycli en een energiedichtheid die concurrerend was met commerciële lithium-ionbatterijen. Dergelijke demonstraties van gereedheid zonder gespecialiseerde voorverwerking onderstrepen de levensvatbaarheid en kosteneffectiviteit van TS-1400-HCl. De onderzoekers schatten dat de goedkope zuurbehandeling en het uitgloeien die worden gebruikt om hun harde koolstofanodes te produceren een concurrerende prijsstelling van ongeveer $ 5-7 per kg op schaal mogelijk zou maken. Gecombineerd met de overvloed aan grondstoffen voor ruwe theebladeren – de jaarlijkse productie van China alleen al bedraagt meer dan 1 miljard kg – gelooft de groep van Dr. Zhang dat hun biomassa-aanpak een groot potentieel heeft voor echte duurzaamheid en een positieve impact op het milieu als mainstream, betaalbaar batterijmateriaal. Met voortdurend onderzoek naar complementaire kathodematerialen gericht op prestatiemaximalisatie in plaats van kostenreductie, zouden natriumionbatterijen waarin elektroden zoals TS-1400-HCl zijn geïntegreerd, binnenkort de massale adoptie van grootschalige opslag- en distributiesystemen voor schone energie kunnen ontsluiten. Door afval om te zetten in watt komt de komst van goedkope, duurzame en milieuvriendelijke netbatterijen een stap dichterbij.
– Michael is auteur van drie boeken van de Royal Society of Chemistry:
Nano-Society: de grenzen van technologie verleggen,
Nanotechnologie: de toekomst is klein en
Nanoengineering: de vaardigheden en tools die technologie onzichtbaar maken
Copyright ©
Nanowerk LLC
Word een Spotlight-gastauteur! Sluit je aan bij onze grote en groeiende groep gastbijdragers. Heb je net een wetenschappelijk artikel gepubliceerd of heb je andere opwindende ontwikkelingen om te delen met de nanotechnologie-gemeenschap? Hier leest u hoe u op nanowerk.com publiceert.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64544.php
- : heeft
- :is
- 1
- 10
- 12
- 30
- 31
- 32
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- overvloed
- overvloedig
- Bereiken
- bereikt
- Bereikt
- over
- Adoptie
- bevorderen
- voorschotten
- komst
- betaalbaar
- Na
- alleen
- alternatief
- an
- analyse
- en
- jaar-
- Aanvraag
- nadering
- gebieden
- rond
- AS
- At
- pogingen
- auteur
- saldi
- baseren
- batterijen
- Accu
- BE
- gelooft
- Berger
- tussen
- Miljard
- biomassa
- blanco
- boord
- Boeken
- grenzen
- doorbraak
- Gebouw
- maar
- by
- capaciteiten
- Inhoud
- carbon
- cel
- gecementeerd
- Centreren
- centraal
- uitdagingen
- lading
- opladen
- goedkoop
- chemie
- Chinese
- schoon
- schone energie
- dichterbij
- Munt
- combinatie van
- gecombineerde
- commercieel
- gemeenschap
- Bedrijven
- vergeleken
- concurrerend
- complementair
- componenten
- BEVESTIGD
- voortgezet
- converteren
- Kosten
- kostenbesparing
- kostenefficient
- kon
- cyclus
- cycli
- Datum
- diepere
- levert
- demonstreert
- dichtheid
- Afgeleid
- Niettegenstaande
- gegevens
- Ontwikkeling
- ontwikkelingen
- distributie
- Overheersing
- dr
- dubbel
- nagesynchroniseerde
- doeltreffendheid
- inspanningen
- elektrolyt
- voortgekomen
- opkomende
- in staat stellen
- ingeschakeld
- energie-niveau
- energiedichtheid
- uitbreidingen
- verzekeren
- milieu
- schatting
- Zelfs
- overschrijdt
- uitstekend
- uitzonderlijk
- excessief
- opwindend
- bestaand
- uitgebreid
- kosten
- gezichten
- vergemakkelijkt
- haalbaarheid
- vulling
- Voornaam*
- schommeling
- gericht
- gevolgd
- Voor
- formulier
- oppompen van
- vol
- functioneel
- fundamenteel
- verder
- toekomst
- generatie
- krijgt
- gif
- meer
- sterk
- Raster
- Groep
- Groeiend
- Gast
- Hard
- harvard
- Harvard University
- Hebben
- Hoge
- hoge performantie
- hoger
- scharnieren
- Hoe
- How To
- HTTPS
- horde
- beeld
- Impact
- verbeterd
- in
- industrieel
- goedkoop
- inherent
- eerste
- innovatieve
- verkrijgen in plaats daarvan
- Integreren
- intens
- in
- problemen
- IT
- HAAR
- mee
- jpg
- voor slechts
- Gebrek
- Groot
- grootschalig
- groter
- Achternaam*
- Legkippen
- leidend
- Verlof
- LED
- leveraging
- ligt
- Life
- als
- beperkingen
- logo
- lang leven
- uit
- Laag
- lage prijzen
- Low-cost
- gemaakt
- Hoofdstroom
- maken
- MERKEN
- maken
- Massa
- Massa-adoptie
- materiaal
- materieel
- mechanisme
- Metriek
- Michael
- micro-
- Midden
- beweging
- veel
- naam
- nanotechnologie
- volgende
- geen
- of
- korting
- on
- EEN
- Slechts
- geoptimaliseerde
- Opties
- or
- Overige
- onze
- uitgang
- over
- panelen
- Papier
- doordringen
- voor
- prestatie
- toestemming
- PHP
- centraal
- Plato
- Plato gegevensintelligentie
- PlatoData
- positief
- potentieel
- energie
- voorloper
- heersend
- vorig
- Prijzen
- prijsstelling
- Prime
- produceren
- productie
- veelbelovend
- biedt
- publiceren
- gepubliceerde
- uitgever
- voortvarend
- kwaliteiten
- R & D
- snel
- BIJZONDER
- Tarieven
- Rauw
- gereedheid
- vast
- echte wereld
- recent
- vermindering
- reductie
- resterende
- verwijdert
- Hernieuwbare
- herhaald
- nodig
- onderzoek
- onderzoekers
- Resources
- Resultaten
- behoudende
- robuustheid
- koninklijk
- Veiligheid
- schaalbare
- Scale
- wetenschappelijk
- Delen
- vellen
- Locaties
- Maat
- vaardigheden
- Maatschappij
- natrium
- zonne-
- zonnepanelen
- Zonne-energie
- Spoedig
- gespecialiseerde
- Spotlight
- Stabiliteit
- stengels
- Stap voor
- Still
- mediaopslag
- opslag opties
- eenvoudig
- strategisch
- sterke punten
- stappen
- sterke
- structureel
- structuur
- wezenlijk
- succes
- dergelijk
- geschikt
- Oppervlak
- Duurzaamheid
- duurzaam
- Systems
- op maat gemaakt
- Thee
- team
- Technologie
- testen
- dat
- De
- De toekomst
- hun
- Deze
- dit
- drie
- Door
- naar
- ook
- tools
- overgang
- behandeling
- Draai
- benadrukken
- universiteit-
- openen
- updates
- op
- URL
- .
- gebruikt
- gebruik
- zeer
- via
- levensvatbaarheid
- rendabel
- het wassen
- Afval
- Manier..
- en
- wijd verspreid
- wind
- Met
- binnen
- zonder
- zou
- u
- Your
- zephyrnet
- zhang