30 ianuarie 2024
(Spot Nanowerk) Tranziția către energia eoliană și solară din surse regenerabile se confruntă cu un obstacol esențial în lipsa unor opțiuni de stocare a energiei la scară largă la prețuri. Fără baterii rentabile la nivel de rețea, problemele de fluctuație și intermitență fac nepractică adoptarea pe scară largă a generației durabile. După pași promițători de reducere a cheltuielilor de producție pentru componente precum panourile solare și turbinele eoliene, tehnologia de stocare a apărut ca ultimul obstacol rămas de înlăturat. În ciuda cercetării și dezvoltării intense din partea companiilor de top în baterii, chimiile predominante litiu-ion se luptă să atingă combinația de prețuri scăzute, siguranță, stabilitate și durată de viață ridicată necesară pentru această aplicație. Potențialul emergent al bateriilor cu ioni de sodiu a reactivat eforturile, dar succesul lor depinde de dezvoltarea electrozilor adecvați fără materiale excesive rare sau toxice. Într-o lucrare publicată în Materiale funcționale avansate („Materiale durabile derivate din ceai”), o echipă condusă de Dr. Xingcai Zhang de la Universitatea Harvard detaliază dezvoltarea unui anod de baterie cu ioni de sodiu de înaltă performanță, folosind un material inovator derivat din deșeurile de frunze de ceai. Pornind de la progresele recente care au făcut din bateriile cu ioni de sodiu o alternativă viabilă și cu costuri reduse la tehnologia predominantă cu ioni de litiu, anodul cercetătorilor din biomasă demonstrează calități care ar putea permite următoarea generație de stocare a energiei la nivel de rețea, la prețuri accesibile și durabile. Încercările anterioare de baterii cu ioni de sodiu au atins costuri scăzute, dar au suferit prea mult în domenii de performanță, cum ar fi capacitatea de încărcare, longevitatea și ratele de încărcare, pentru a înlocui dominația litiu-ion. O mare parte din aceasta provine din provocările chimice fundamentale, deoarece dimensiunea mai mare a ionilor de sodiu limitează mișcarea rapidă în cadrul componentelor bateriei. Avansul central al anodului de frunze de ceai al Dr. Zhang constă în modul în care echilibrează aceste limitări inerente. Printr-un proces simplu de piroliză într-o singură etapă, cercetătorii transformă tulpinile de frunze de ceai brute într-un material „carbon dur” optimizat pentru stocarea ionilor de sodiu. În comparație cu anozii existenți pe bază de carbon, carbonul dur derivat din ceai, denumit TS-1400-HCl, oferă valori substanțial îmbunătățite la nivel general. Oferă o capacitate inițială cu 70% mai mare, o eficiență cu 91% mai mare în primul ciclu de încărcare/descărcare și o longevitate de 7-9 ori mai mare peste 500 de cicluri. În mod critic, TS-1400-HCl atinge această performanță revoluționară folosind doar componente de bază ieftine printr-un proces industrial scalabil.
Imagine HRTEM a TS-1400-HCl. (Retipărit cu permisiunea Wiley-VCH Verlag) Cercetătorii atribuie capacitățile TS-1400-HCl îmbunătățirilor structurale permise de tulpinile de frunze de ceai precursoare și tratamentul strategic al acidului. Structura sa de biomasă natural poroasă facilitează pătrunderea electroliților, păstrând în același timp ample defecte și goluri pentru adsorbția ionilor de sodiu. Spălarea acidă îndepărtează impuritățile care au dus la pierderea capacității în formă brută. Această abordare în două direcții are ca rezultat un anod de carbon optimizat care conferă o distanță extinsă între straturile asemănătoare grafitului, locuri de adsorbție abundente în micro și mezopori și robustețe structurală excelentă la încărcarea repetată. Prin analiza spectroscopică, grupul Dr. Zhang a confirmat că stocarea ionilor de sodiu a TS-1400-HCl are loc printr-un proces de adsorbție la suprafață care umple porii și defecte, urmat de intercalarea între foile grafitice mai adânci în electrodul în vrac. Acest mecanism dublu, valorificând punctele forte ale texturii de carbon dur a biomasei adaptate, folosește pe deplin materialul pentru a asigura o capacitate mare și eficiență electrică. Testele de fezabilitate din lumea reală a unei celule monedă completă cu ioni de sodiu au cimentat și mai mult candidatura TS-1400-HCl ca electrod de producție în masă. Fără măcar a prediază anodul pentru a-l amorsa pentru stabilitate, celula plină de frunze de ceai a Dr. Zhang cu un Na3V2(PO.)4)3 catodul a atins încă o longevitate excepțională peste 1000 de cicluri și o densitate de energie competitivă cu bateriile comerciale cu litiu-ion. Astfel de demonstrații de pregătire fără preprocesare specializată subliniază viabilitatea și rentabilitatea TS-1400-HCl. Cercetătorii estimează că tratamentul cu acid și recoacere ieftine utilizate pentru a produce anozi de carbon dur ar permite prețuri competitive în jur de 5-7 dolari pe kg la scară. În combinație cu abundența resurselor de frunze de ceai brute – producția anuală a Chinei depășește numai 1 miliard de kg – grupul Dr. Zhang consideră că abordarea lor cu biomasă are un potențial puternic pentru durabilitate reală și impact pozitiv asupra mediului ca material principal pentru baterii la preț accesibil. Odată cu cercetarea continuă a materialelor catodice complementare concentrate pe maximizarea performanței în loc de reducerea costurilor, bateriile cu ioni de sodiu care integrează electrozi precum TS-1400-HCl ar putea debloca în curând adoptarea în masă a sistemelor de stocare și distribuție a energiei curate la scară largă. Transformând deșeurile în wați, apariția bateriilor de rețea ieftine, durabile și prietenoase cu Pământul se apropie cu un pas.
– Michael este autorul a trei cărți ale Societății Regale de Chimie:
Nano-Society: Impingerea limitelor tehnologiei,
Nanotehnologie: Viitorul este minuscul, și
Nanoinginerie: abilitățile și instrumentele care fac tehnologia invizibilă
Copyright ©
Nanowerk LLC
Deveniți un autor invitat Spotlight! Alăturați-vă grupului nostru mare și în creștere de colaboratori invitați. Tocmai ați publicat o lucrare științifică sau aveți alte dezvoltări interesante de împărtășit cu comunitatea nanotehnologiei? Iată cum să publicați pe nanowerk.com.
- Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
- PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
- Sursa: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64544.php
- :are
- :este
- 1
- 10
- 12
- 30
- 31
- 32
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- abundenţă
- abundent
- Obține
- realizat
- Realizeaza
- peste
- Adoptare
- avansa
- avans
- venire
- accesibil
- După
- singur
- alternativă
- an
- analiză
- și
- anual
- aplicație
- abordare
- domenii
- în jurul
- AS
- At
- Încercările
- autor
- soldurile
- de bază
- baterii
- acumulator
- BE
- consideră că
- Berger
- între
- Miliard
- biomasă
- necompletat
- bord
- Manuale
- limitele
- descoperire
- Clădire
- dar
- by
- capacități
- Capacitate
- carbon
- celulă
- cimentată
- Centru
- central
- provocări
- taxă
- încărcare
- ieftin
- chimie
- Din China
- curat
- energie verde
- mai aproape
- Monedă
- combinaţie
- combinate
- comercial
- comunitate
- Companii
- comparație
- competitiv
- complementar
- componente
- CONFIRMAT
- a continuat
- converti
- A costat
- reducerea costurilor
- cost-eficiente
- ar putea
- ciclu
- cicluri
- Data
- Mai adânc
- Oferă
- demonstrează
- densitate
- Derivat
- În ciuda
- detalii
- Dezvoltare
- evoluții
- distribuire
- Predominanța
- dr
- dual
- numit
- eficiență
- Eforturile
- electrolit
- a apărut
- șmirghel
- permite
- activat
- energie
- densitatea energiei
- îmbunătățiri
- asigura
- de mediu
- estima
- Chiar
- depășește
- excelent
- excepțional
- excesiv
- captivant
- existent
- extins
- cheltuieli
- fete
- facilitează
- fezabilitate
- umplere
- First
- fluctuaţie
- concentrat
- a urmat
- Pentru
- formă
- din
- Complet
- funcțional
- fundamental
- mai mult
- viitor
- generaţie
- devine
- gif
- mai mare
- foarte mult
- Grilă
- grup
- În creştere
- Oaspete
- Greu
- harvard
- Universitatea Harvard
- Avea
- Înalt
- performanta ridicata
- superior
- balamale
- Cum
- Cum Pentru a
- HTTPS
- dificultate
- imagine
- Impactul
- îmbunătățit
- in
- industrial
- ieftin
- inerent
- inițială
- inovatoare
- in schimb
- integrarea
- intens
- în
- probleme de
- IT
- ESTE
- alătura
- jpg
- doar
- lipsă
- mare
- pe scară largă
- mai mare
- Nume
- straturi
- conducere
- Părăsi
- Led
- efectului de pârghie
- se află
- Viaţă
- ca
- limitări
- siglă
- longevitate
- de pe
- Jos
- preturi mici
- low-cost
- făcut
- Mainstream
- face
- FACE
- Efectuarea
- Masa
- Adopție în masă
- material
- Materiale
- mecanism
- Metrici
- Michael
- micro
- De mijloc
- mişcare
- mult
- nume
- nanotehnologie
- următor
- Nu.
- of
- de pe
- on
- ONE
- afară
- optimizate
- Opţiuni
- or
- Altele
- al nostru
- producție
- peste
- Panouri
- Hârtie
- pătrundere
- pentru
- performanță
- permisiune
- PHP
- pivot
- Plato
- Informații despre date Platon
- PlatoData
- pozitiv
- potenţial
- putere
- precursor
- prevalent
- precedent
- Prețuri
- de stabilire a prețurilor
- Prim
- proces
- produce
- producere
- promițător
- furnizează
- publica
- publicat
- editor
- împingerea
- calităţi
- C&D
- rapid
- RAR
- tarife
- Crud
- promptitudine
- real
- lumea reală
- recent
- reducerea
- reducere
- rămas
- Îndepărtează
- Din surse regenerabile
- repetat
- necesar
- cercetare
- cercetători
- Resurse
- REZULTATE
- reținere
- robusteţe
- regal
- Siguranţă
- scalabil
- Scară
- ştiinţific
- Distribuie
- coli
- Centre de cercetare
- Mărimea
- aptitudini
- Societate
- sodiu
- solar
- panouri solare
- Solar de putere
- Curând
- de specialitate
- Reflector
- Stabilitate
- tulpini
- Pas
- Încă
- depozitare
- opțiuni de stocare
- simplu
- Strategic
- puncte forte
- pași
- puternic
- structural
- structura
- Lupta
- substanţial
- succes
- astfel de
- potrivit
- Suprafață
- Durabilitate
- durabilă
- sisteme
- adaptate
- Ceai
- echipă
- Tehnologia
- teste
- acea
- Viitorul
- lor
- Acestea
- acest
- trei
- Prin
- la
- de asemenea
- Unelte
- tranziţie
- tratament
- Cotitură
- sublinia
- universitate
- deschide
- actualizări
- pe
- URL-ul
- utilizare
- utilizat
- folosind
- foarte
- de
- viabilitate
- viabil
- spălat
- Deșeuri
- Cale..
- în timp ce
- pe scară largă
- vânt
- cu
- în
- fără
- ar
- tu
- Ta
- zephyrnet
- zhang