30 января 2024 г.
(Nanowerk В центре внимания) Переход к возобновляемым источникам энергии ветра и солнца сталкивается с серьезным препятствием, связанным с отсутствием доступных крупномасштабных вариантов хранения энергии. Без экономически эффективных сетевых батарей проблемы колебаний и прерывистости делают широкое внедрение устойчивой генерации непрактичным. После многообещающих успехов в сокращении производственных затрат на такие компоненты, как солнечные панели и ветряные турбины, технология хранения стала последним оставшимся препятствием, которое необходимо преодолеть. Несмотря на интенсивные исследования и разработки ведущих производителей аккумуляторов, преобладающие литий-ионные химические элементы с трудом достигают сочетания низкой цены, безопасности, стабильности и длительного срока службы, необходимого для этого применения. Растущий потенциал натрий-ионных батарей активизировал усилия, но их успех зависит от разработки подходящих электродов без чрезмерного количества редких или токсичных материалов. В статье, опубликованной в Расширенные функциональные материалы (“Tea-Derived Sustainable Materials”), команда под руководством доктора Синцай Чжана из Гарвардского университета подробно описывает разработку высокоэффективного анода для натрий-ионной батареи с использованием инновационного материала, полученного из отходов чайных листьев. Анод, полученный из биомассы, демонстрирует качества, которые могут обеспечить следующее поколение доступных и устойчивых систем хранения энергии на уровне сети. Предыдущие попытки создать натрий-ионные батареи имели низкую стоимость, но слишком сильно пострадали в таких областях производительности, как зарядная емкость, долговечность и скорость зарядки, чтобы вытеснить доминирование литий-ионных батарей. Во многом это связано с фундаментальными химическими проблемами, поскольку больший размер ионов натрия ограничивает быстрое движение внутри компонентов батареи. Основное преимущество анода из чайного листа доктора Чжана заключается в том, что он уравновешивает эти присущие ему ограничения. С помощью простого одноэтапного процесса пиролиза исследователи превращают сырые стебли чайного листа в «твердый углеродный» материал, оптимизированный для хранения ионов натрия. По сравнению с существующими анодами на основе углерода, твердый углерод, полученный из отходов чая, получивший название TS-1400-HCl, обеспечивает существенно улучшенные показатели по всем направлениям. Он обеспечивает на 70% большую начальную емкость, на 91% более высокую эффективность в самом первом цикле зарядки/разрядки и в 7-9 раз больший срок службы в течение 500 циклов. Крайне важно, что TS-1400-HCl достигает таких революционных характеристик, используя только недорогие базовые компоненты в рамках масштабируемого промышленного процесса.
HRTEM-изображение TS-1400-HCl. (Перепечатано с разрешения Wiley-VCH Verlag) Исследователи связывают свойства TS-1400-HCl со структурными улучшениями, обеспечиваемыми предшественниками стеблей чайного листа и стратегической кислотной обработкой. Его естественная пористая структура биомассы облегчает проникновение электролита, сохраняя при этом достаточное количество дефектов и пустот для адсорбции ионов натрия. Кислотная промывка удаляет примеси, которые привели к потере мощности в сыром виде. Этот двусторонний подход приводит к созданию оптимизированного углеродного анода, обеспечивающего увеличенное расстояние между графитоподобными слоями, большое количество мест адсорбции в микро- и мезопорах, а также превосходную структурную прочность при многократной зарядке. С помощью спектроскопического анализа группа доктора Чжана подтвердила, что накопление ионов натрия в TS-1400-HCl происходит посредством процесса поверхностной адсорбции, заполняющего поры и дефекты, с последующим интеркалированием между графитовыми листами глубже в объемном электроде. Этот двойной механизм, использующий преимущества специально разработанной текстуры твердого углерода из биомассы, полностью использует материал для обеспечения высокой производительности и электрического КПД. Реальные технико-экономические испытания полностью натрий-ионной таблеточной ячейки еще больше укрепили кандидатуру TS-1400-HCl в качестве электрода для массового производства. Даже без предварительной подготовки анода для обеспечения его стабильности, полная ячейка чайного листа доктора Чжана с Na3V2(РО4)3 катод по-прежнему обеспечивает исключительную долговечность (более 1000 циклов) и плотность энергии, конкурентоспособную с коммерческими литий-ионными батареями. Такая демонстрация готовности без специальной предварительной обработки подчеркивает жизнеспособность и экономическую эффективность TS-1400-HCl. По оценкам исследователей, недорогая кислотная обработка и отжиг, используемые для производства твердых углеродных анодов, позволят обеспечить конкурентоспособную цену около 5-7 долларов за кг в больших масштабах. В сочетании с обилием ресурсов необработанного чайного листа (годовой объем производства только в Китае превышает 1 миллиард кг) группа доктора Чжана считает, что их подход к использованию биомассы имеет большой потенциал для реальной устойчивости и положительного воздействия на окружающую среду в качестве основного и доступного материала для батарей. Благодаря постоянным исследованиям дополнительных катодных материалов, направленным на максимизацию производительности, а не на снижение затрат, натрий-ионные батареи со встроенными электродами, такими как TS-1400-HCl, могут вскоре открыть массовое внедрение крупномасштабных систем хранения и распределения экологически чистой энергии. Превращая отходы в ватты, появление дешевых, надежных и экологически безопасных сетевых батарей становится на шаг ближе.
By
Майкл
Бергер
- Майкл является автором трех книг Королевского химического общества:
Нано-общество: раздвигая границы технологий,
Нанотехнология: будущее крошечнои
Наноинженерия: навыки и инструменты, делающие технологию невидимой
Все права защищены ©
ООО «Нановерк»
Станьте приглашенным автором Spotlight! Присоединяйтесь к нашей большой и растущей группе приглашенные участники. Вы только что опубликовали научную статью или хотите поделиться другими интересными событиями с сообществом нанотехнологов? Вот как опубликовать на nanowerk.com.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64544.php
- :имеет
- :является
- 1
- 10
- 12
- 30
- 31
- 32
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- изобилие
- обильный
- Достигать
- достигнутый
- Достигает
- через
- Принятие
- продвижение
- авансы
- приход
- доступной
- После
- в одиночестве
- альтернатива
- an
- анализ
- и
- годовой
- Применение
- подхода
- области
- около
- AS
- At
- попытки
- автор
- Остатки
- Использование темпера с изогнутым основанием
- батареи
- аккумулятор
- BE
- считает,
- Бергер
- между
- миллиард
- биомасса
- пустой
- доска
- Книги
- Границы
- прорыв
- Строительство
- но
- by
- мощности
- Пропускная способность
- углерод
- ячейка
- цементируется
- Центр
- центральный
- проблемы
- заряд
- зарядка
- дешево
- химия
- Китаев
- чистым
- чистая энергия
- ближе
- Монета
- сочетание
- сочетании
- коммерческая
- сообщество
- Компании
- сравненный
- конкурентоспособный
- дополнительный
- компоненты
- ПОДТВЕРЖДЕНО
- продолжающийся
- конвертировать
- Цена
- снижение расходов
- рентабельным
- может
- цикл
- циклы
- Время
- более глубокий
- обеспечивает
- демонстрирует
- плотность
- Производный
- Несмотря на
- подробнее
- Развитие
- события
- распределение
- Господство
- dr
- двойной
- дублированный
- затрат
- усилия
- электролит
- появившийся
- появление
- включить
- включен
- энергетика
- плотность энергии
- улучшения
- обеспечивать
- окружающий
- оценка
- Даже
- превышает
- отлично
- исключительный
- чрезмерный
- захватывающий
- существующий
- расширенный
- расходы
- лица
- облегчает
- осуществимость
- заполнение
- Во-первых,
- ценовое отклонение
- внимание
- следует
- Что касается
- форма
- от
- полный
- функциональная
- фундаментальный
- далее
- будущее
- поколение
- получает
- GIF
- большой
- значительно
- сетка
- группы
- Рост
- GUEST
- Жесткий
- Гарвардский
- Гарвардский университет
- Есть
- High
- высокая производительность
- высший
- шарниры
- Как
- How To
- HTTPS
- препятствие
- изображение
- Влияние
- улучшенный
- in
- промышленность
- недорогой
- свойственный
- начальный
- инновационный
- вместо
- Интегрируя
- интенсивный
- в
- вопросы
- IT
- ЕГО
- присоединиться
- JPG
- всего
- Отсутствие
- большой
- крупномасштабный
- больше
- Фамилия
- слоев
- ведущий
- Оставлять
- привело
- Используя
- лежит
- ЖИЗНЬЮ
- такое как
- недостатки
- логотип
- долговечность
- от
- Низкий
- Низкие цены
- бюджетный
- сделанный
- Mainstream
- сделать
- ДЕЛАЕТ
- Создание
- Масса
- Массовое усыновление
- материала
- материалы
- механизм
- Метрика
- Майкл
- Майк
- средняя
- движение
- много
- имя
- нанотехнологии
- следующий
- нет
- of
- от
- on
- ONE
- только
- оптимизированный
- Опции
- or
- Другое
- наши
- выходной
- за
- Панели
- бумага & картон
- проникновение
- для
- производительность
- разрешение
- PHP
- основной
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- положительный
- потенциал
- мощностью
- предшественник
- превалирующий
- предыдущий
- Цены
- цены
- Простое число
- процесс
- производит
- Производство
- многообещающий
- приводит
- публиковать
- опубликованный
- издатель
- Нажимать
- качества
- R & D
- быстро
- РЕДКИЙ
- Стоимость
- Сырье
- Готовность
- реальные
- реальный мир
- последний
- снижение
- снижение
- осталось
- удаляет
- Возобновляемый
- повторный
- обязательный
- исследованиям
- исследователи
- Полезные ресурсы
- Итоги
- удерживающий
- прочность
- королевский
- Сохранность
- масштабируемые
- Шкала
- научный
- Поделиться
- простыни
- Сайтов
- Размер
- навыки
- Общество
- натрий
- солнечный
- солнечные панели
- Солнечная энергия
- Скоро
- специализированный
- Прожектор
- Стабильность
- стебли
- Шаг
- По-прежнему
- диск
- варианты хранения
- простой
- Стратегический
- сильные
- успехи
- сильный
- структурный
- Структура
- Бороться
- по существу
- успех
- такие
- подходящее
- Поверхность
- Стабильность
- комфортного
- системы
- с учетом
- Чай
- команда
- Технологии
- тестов
- который
- Ассоциация
- Будущее
- их
- Эти
- этой
- три
- Через
- в
- слишком
- инструменты
- переход
- лечение
- Поворот
- подчеркивать
- Университет
- отпереть
- Updates
- на
- URL
- использование
- используемый
- через
- очень
- с помощью
- жизнеспособность
- жизнеспособный
- мойка
- Снизить отходы
- Путь..
- в то время как
- широко распространена
- ветер
- в
- без
- бы
- являетесь
- ВАШЕ
- зефирнет
- Чжан