30. januar 2024
(Nanowerk Spotlight) Overgangen til fornybar vind- og solkraft står overfor en sentral veisperring i mangelen på rimelige energilagringsalternativer i stor skala. Uten kostnadseffektive batterier på nettnivå gjør fluktuasjons- og intermittensproblemer utbredt bruk av bærekraftig generasjon upraktisk. Etter lovende fremskritt for å redusere produksjonskostnadene for komponenter som solcellepaneler og vindturbiner, har lagringsteknologi dukket opp som den siste gjenværende hindringen som skal fjernes. Til tross for intens forskning og utvikling fra ledende batteriselskaper, sliter utbredte litium-ion-kjemi med å oppnå kombinasjonen av lave priser, sikkerhet, stabilitet og høy sykluslevetid som kreves for denne applikasjonen. Det nye potensialet til natriumion-batterier har gitt energi til innsatsen, men suksessen deres avhenger av utviklingen av egnede elektroder uten overdreven sjeldne eller giftige materialer. I en artikkel publisert i Avanserte funksjonelle materialer (“Tea-Derived Sustainable Materials”), et team ledet av Dr. Xingcai Zhang ved Harvard University beskriver utviklingen av en høyytelses natriumion-batterianode ved bruk av et innovativt materiale som stammer fra avfallsteblader. Ved å bygge på nye fremskritt som har gjort natriumionbatterier til et levedyktig og rimelig alternativ til utbredt litiumionteknologi, demonstrerer forskernes biomasse-kildede anode kvaliteter som kan muliggjøre neste generasjon rimelig og bærekraftig energilagring på nettnivå. Tidligere forsøk på natrium-ion-batterier har oppnådd lave kostnader, men lidd for mye på ytelsesområder som ladekapasitet, levetid og ladehastigheter for å fortrenge litium-ion-dominans. Mye av dette stammer fra grunnleggende kjemiutfordringer, ettersom den større størrelsen på natriumioner begrenser rask bevegelse i batterikomponenter. Den sentrale fremgangen til Dr. Zhangs tebladanode ligger i måten den balanserer disse iboende begrensningene. Gjennom en enkel ett-trinns pyrolyseprosess konverterer forskerne rå tebladstilker til et "hardt karbon" materiale optimalisert for lagring av natriumion. Sammenlignet med eksisterende karbonbaserte anoder, leverer teamets avfallste-avledede harde karbon, kalt TS-1400-HCl, vesentlig forbedrede beregninger over hele linjen. Den gir 70 % høyere startkapasitet, 91 % høyere effektivitet i den aller første lade-/utladingssyklusen, og 7-9 ganger lengre levetid over 500 sykluser. Kritisk nok oppnår TS-1400-HCl denne banebrytende ytelsen ved å bruke kun rimelige basiskomponenter via en skalerbar industriell prosess.
HRTEM-bilde av TS-1400-HCl. (Gjentatt med tillatelse av Wiley-VCH Verlag) Forskerne tilskriver TS-1400-HCl sine kapasiteter til strukturelle forbedringer muliggjort av forløperen av tebladstilkene og strategisk syrebehandling. Dens naturlig porøse biomassestruktur letter elektrolyttpenetrering samtidig som den beholder rikelig med defekter og hulrom for natriumionadsorpsjon. Syrevask fjerner urenheter som førte til kapasitetstap i rå form. Denne todelte tilnærmingen resulterer i en optimalisert karbonanode som gir utvidet avstand mellom grafittlignende lag, rikelig adsorpsjonssteder over mikro- og mesoporer, og utmerket strukturell robusthet over gjentatt lading. Gjennom spektroskopisk analyse bekreftet Dr. Zhangs gruppe at TS-1400-HCl's natriumionlagring skjer via en overflateadsorpsjonsprosess som fyller porer og defekter, etterfulgt av interkalering mellom grafittark dypere i bulkelektroden. Denne doble mekanismen, som utnytter styrken til den skreddersydde biomasse-hardkarbonteksturen, utnytter materialet fullt ut for å sikre høy kapasitet og elektrisk effektivitet. Real-world gjennomførbarhetstester av en full natrium-ion myntcelle sementerte ytterligere TS-1400-HCl sitt kandidatur som en masseproduksjonselektrode. Uten engang å presodiere anoden for å prime den for stabilitet, har Dr. Zhangs teblad fullcelle med en Na3V2(PO.)4)3 katoden oppnådde fortsatt eksepsjonell levetid over 1000 sykluser og energitetthet konkurransedyktig med kommersielle litium-ion-batterier. Slike demonstrasjoner av beredskap uten spesialisert forbehandling understreker TS-1400-HCl sin levedyktighet og kostnadseffektivitet. Forskerne anslår at den rimelige syrebehandlingen og utglødningen som brukes til å produsere deres harde karbonanoder, vil muliggjøre konkurransedyktige priser rundt $5-7 per kg i stor skala. Kombinert med overfloden av rå tebladressurser – Kinas årlige produksjon alene overstiger 1 milliard kg – mener Dr. Zhangs gruppe at deres biomassetilnærming har et sterkt potensial for reell bærekraft og positiv miljøpåvirkning som et vanlig, rimelig batterimateriale. Med fortsatt forskning på komplementære katodematerialer fokusert på ytelsesmaksimering i stedet for kostnadsreduksjon, kan natriumionbatterier som integrerer elektroder som TS-1400-HCl snart låse opp masseadopsjon av storskala lagrings- og distribusjonssystemer for ren energi. Ved å gjøre avfall til watt, kommer fremveksten av billige, holdbare og jordvennlige nettbatterier ett skritt nærmere.
– Michael er forfatter av tre bøker av Royal Society of Chemistry:
Nano-samfunnet: Skyver teknologiens grenser,
Nanoteknologi: Fremtiden er litenog
Nanoengineering: Ferdighetene og verktøyene som gjør teknologien usynlig
Copyright ©
Nanowerk LLC
Bli en Spotlight-gjesteforfatter! Bli med i vår store og voksende gruppe gjestebidragere. Har du nettopp publisert en vitenskapelig artikkel eller har andre spennende utvikling å dele med nanoteknologisamfunnet? Slik publiserer du på nanowerk.com.
- SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
- PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
- PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
- kilde: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64544.php
- : har
- :er
- 1
- 10
- 12
- 30
- 31
- 32
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- overflod
- rikelig
- Oppnå
- oppnådd
- oppnår
- tvers
- Adopsjon
- avansere
- fremskritt
- advent
- rimelig
- Etter
- alene
- alternativ
- an
- analyse
- og
- årlig
- Søknad
- tilnærming
- områder
- rundt
- AS
- At
- forsøk
- forfatter
- balanserer
- basen
- batterier
- batteri
- BE
- mener
- Berger
- mellom
- Milliarder
- biomasse
- blank
- borde
- bøker
- grenser
- gjennombrudd
- Bygning
- men
- by
- kapasiteter
- Kapasitet
- karbon
- celle
- sementert
- sentrum
- sentral
- utfordringer
- kostnad
- lading
- billig
- kjemi
- Chinas
- ren
- ren energi
- nærmere
- Coin
- kombinasjon
- kombinert
- kommersiell
- samfunnet
- Selskaper
- sammenlignet
- konkurranse
- utfyllende
- komponenter
- BEKREFTET
- fortsatte
- konvertere
- Kostnad
- kostnadsreduksjon
- kostnadseffektiv
- kunne
- syklus
- sykluser
- Dato
- dypere
- leverer
- demonstrerer
- tetthet
- Avledet
- Til tross for
- detaljer
- Utvikling
- utviklingen
- distribusjon
- dominans
- dr
- dual
- dubbet
- effektivitet
- innsats
- elektrolytt
- dukket
- Emery
- muliggjøre
- aktivert
- energi
- energi tetthet
- forbedringer
- sikre
- miljømessige
- anslag
- Selv
- stiger
- utmerket
- eksepsjonell
- overdreven
- spennende
- eksisterende
- utvidet
- utgifter
- ansikter
- forenkler
- gjennomførbarhet
- fylling
- Først
- svingning
- fokuserte
- fulgt
- Til
- skjema
- fra
- fullt
- funksjonelle
- fundamental
- videre
- framtid
- generasjonen
- blir
- gif
- større
- sterkt
- Grid
- Gruppe
- Økende
- Gjest
- Hard
- harvard
- Harvard University
- Ha
- Høy
- høy ytelse
- høyere
- hengsler
- Hvordan
- Hvordan
- HTTPS
- hinder
- bilde
- Påvirkning
- forbedret
- in
- industriell
- billig
- iboende
- innledende
- innovative
- i stedet
- Integrering
- intens
- inn
- saker
- IT
- DET ER
- bli medlem
- jpg
- bare
- maling
- stor
- storskala
- større
- Siste
- lag
- ledende
- Permisjon
- Led
- utnytte
- ligger
- Life
- i likhet med
- begrensninger
- logo
- levetid
- tap
- Lav
- lave priser
- lave kostnader
- laget
- Mainstream
- gjøre
- GJØR AT
- Making
- Mass
- Masseadopsjon
- materiale
- materialer
- mekanisme
- Metrics
- Michael
- micro
- Middle
- bevegelse
- mye
- navn
- nanoteknologi
- neste
- Nei.
- of
- off
- on
- ONE
- bare
- optimalisert
- alternativer
- or
- Annen
- vår
- produksjon
- enn
- paneler
- Papir
- penetration
- for
- ytelse
- tillatelse
- PHP
- sentral
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- positiv
- potensiell
- makt
- forløper
- utbredt
- forrige
- Prisene
- prising
- Prime
- prosess
- produsere
- Produksjon
- lovende
- gir
- publisere
- publisert
- utgiver
- Skyver
- kvaliteter
- FoU
- rask
- SJELDEN
- priser
- Raw
- Beredskap
- ekte
- virkelige verden
- nylig
- redusere
- reduksjon
- gjenværende
- Fjerner
- Fornybar
- gjentatt
- påkrevd
- forskning
- forskere
- Ressurser
- Resultater
- støttemur
- robusthet
- kongelig
- Sikkerhet
- skalerbar
- Skala
- vitenskapelig
- Del
- ark
- Nettsteder
- Størrelse
- ferdigheter
- Samfunnet
- natrium
- solenergi
- solcellepaneler
- Solar Power
- Snart
- spesialisert
- Spotlight
- Stabilitet
- stammer
- Trinn
- Still
- lagring
- lagringsalternativer
- rett fram
- Strategisk
- styrker
- fremskritt
- sterk
- strukturell
- struktur
- Struggle
- i det vesentlige
- suksess
- slik
- egnet
- overflaten
- Bærekraft
- bærekraftig
- Systemer
- skreddersydd
- Te
- lag
- Teknologi
- tester
- Det
- De
- Fremtiden
- deres
- Disse
- denne
- tre
- Gjennom
- til
- også
- verktøy
- overgang
- behandling
- Turning
- underst
- universitet
- låse opp
- oppdateringer
- upon
- URL
- bruke
- brukt
- ved hjelp av
- veldig
- av
- levedyktighet
- levedyktig
- vasking
- Avfall
- Vei..
- mens
- utbredt
- vind
- med
- innenfor
- uten
- ville
- du
- Din
- zephyrnet
- zhang