30 januari 2024
(Nanowerk Spotlight) Övergången till förnybar vind- och solenergi står inför en avgörande vägspärr i bristen på prisvärda storskaliga energilagringsalternativ. Utan kostnadseffektiva batterier på nätnivå gör fluktuations- och intermittensproblem en utbredd användning av hållbar generation opraktisk. Efter lovande framsteg för att minska produktionskostnaderna för komponenter som solpaneler och vindturbiner, har lagringsteknik visat sig vara det sista kvarvarande hindret som ska undanröjas. Trots intensiv forskning och utveckling från ledande batteriföretag, kämpar de vanliga litiumjonkemierna för att uppnå den kombination av låga priser, säkerhet, stabilitet och lång livslängd som krävs för denna applikation. Den framväxande potentialen hos natriumjonbatterier har återupplivat ansträngningarna, men deras framgång beror på utvecklingen av lämpliga elektroder utan alltför sällsynta eller giftiga material. I en tidning publicerad i Avancerade funktionella material (“Tea-Derived Sustainable Materials”), ett team under ledning av Dr. Xingcai Zhang vid Harvard University beskriver sin utveckling av en högpresterande natriumjonbatterianod som använder ett innovativt material som härrör från avfallsteblad. Utifrån de senaste framstegen som har gjort natriumjonbatterier till ett lönsamt och billigt alternativ till den vanliga litiumjonteknologin, visar forskarnas biomassabaserade anod egenskaper som skulle kunna möjliggöra nästa generations prisvärda och hållbara energilagring på nätet. Tidigare försök med natriumjonbatterier har uppnått låga kostnader men drabbats för mycket av prestandaområden som laddningskapacitet, livslängd och laddningshastigheter för att ersätta litiumjondominansen. Mycket av detta härrör från grundläggande kemiutmaningar, eftersom den större storleken på natriumjoner begränsar snabb rörelse inom batterikomponenter. Den centrala framgången för Dr. Zhangs tebladsanod ligger i hur den balanserar dessa inneboende begränsningar. Genom en enkel pyrolysprocess i ett steg omvandlar forskarna råa tebladstjälkar till ett "hårt kol"-material optimerat för lagring av natriumjoner. Jämfört med befintliga kolbaserade anoder, levererar teamets avfallste-härledda hårdkol, kallat TS-1400-HCl, avsevärt förbättrade mätvärden över hela linjen. Den ger 70 % högre initial kapacitet, 91 % högre effektivitet i den allra första laddnings-/urladdningscykeln och 7-9 gånger längre livslängd över 500 cykler. Kritiskt sett uppnår TS-1400-HCl denna banbrytande prestanda med endast billiga baskomponenter via en skalbar industriell process.
HRTEM-bild av TS-1400-HCl. (Återtryckt med tillåtelse av Wiley-VCH Verlag) Forskarna tillskriver TS-1400-HCl:s kapacitet till strukturella förbättringar som möjliggörs av föregångarna av tebladstjälkar och strategisk syrabehandling. Dess naturligt porösa biomassastruktur underlättar genomträngning av elektrolyter samtidigt som den bibehåller gott om defekter och tomrum för adsorption av natriumjoner. Sur tvätt tar bort orenheter som ledde till kapacitetsförlust i rå form. Detta tvådelade tillvägagångssätt resulterar i en optimerad kolanod som ger utökat avstånd mellan grafitliknande skikt, rikliga adsorptionsställen över mikro- och mesoporer, och utmärkt strukturell robusthet över upprepad laddning. Genom spektroskopisk analys bekräftade Dr. Zhangs grupp att TS-1400-HCl:s natriumjonlagring sker via en ytadsorptionsprocess som fyller porer och defekter, följt av interkalering mellan grafitiska ark djupare i bulkelektroden. Denna dubbla mekanism, som utnyttjar styrkorna hos den skräddarsydda biomassans hårda kolstrukturen, utnyttjar materialet fullt ut för att säkerställa hög kapacitet och elektrisk effektivitet. Verkliga genomförbarhetstester av en hel natriumjon-myntcell cementerade ytterligare TS-1400-HCl:s kandidatur som massproduktionselektrod. Utan att ens försodiera anoden för att förbereda den för stabilitet, har Dr. Zhangs teblad full cell med en Na3V2(PO4)3 katoden uppnådde fortfarande exceptionell livslängd över 1000 cykler och energitäthet konkurrenskraftig med kommersiella litiumjonbatterier. Sådana demonstrationer av beredskap utan specialiserad förbearbetning understryker TS-1400-HCl:s lönsamhet och kostnadseffektivitet. Forskarna uppskattar att den billiga syrabehandlingen och glödgningen som används för att producera deras hårda kolanoder skulle möjliggöra konkurrenskraftiga priser runt 5-7 USD per kg i skala. I kombination med överflöd av råa tebladsresurser – enbart Kinas årliga produktion överstiger 1 miljard kg – tror Dr. Zhangs grupp att deras biomassastrategi har en stark potential för verklig hållbarhet och positiv miljöpåverkan som ett traditionellt, prisvärt batterimaterial. Med fortsatt forskning om komplementära katodmaterial fokuserade på prestandamaximering istället för kostnadsreduktion, kan natriumjonbatterier som integrerar elektroder som TS-1400-HCl snart låsa upp massintroduktionen av storskaliga system för lagring och distribution av ren energi. Genom att förvandla avfall till watt kommer tillkomsten av billiga, hållbara och jordvänliga nätbatterier ett steg närmare.
– Michael är författare till tre böcker av Royal Society of Chemistry:
Nano-Society: Pushing the Boundsaries of Technology,
Nanoteknologi: Framtiden är litenoch
Nanoengineering: Färdigheterna och verktygen för att göra tekniken osynlig
Copyright ©
Nanowerk LLC
Bli en Spotlight-gästförfattare! Gå med i vår stora och växande grupp gäst bidragsgivare. Har du precis publicerat en vetenskaplig uppsats eller har någon annan spännande utveckling att dela med nanoteknologinsamhället? Så här publicerar du på nanowerk.com.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64544.php
- : har
- :är
- 1
- 10
- 12
- 30
- 31
- 32
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- överflöd
- riklig
- Uppnå
- uppnås
- uppnår
- tvärs
- Antagande
- avancera
- framsteg
- första advent
- prisvärd
- Efter
- ensam
- alternativ
- an
- analys
- och
- årsringar
- Ansökan
- tillvägagångssätt
- områden
- runt
- AS
- At
- Försök
- Författaren
- saldon
- bas
- batterier
- batteri
- BE
- tror
- Berger
- mellan
- Miljarder
- biomassa
- blank
- ombord
- Böcker
- gränser
- genombrott
- Byggnad
- men
- by
- kapacitet
- Kapacitet
- kol
- cellen
- cementerade
- Centrum
- centrala
- utmaningar
- laddning
- laddning
- billig
- kemi
- kinesisk
- rena
- ren energi
- närmare
- Coin
- kombination
- kombinerad
- kommersiella
- samfundet
- Företag
- jämfört
- konkurrenskraftig
- komplementär
- komponenter
- BEKRÄFTAT
- fortsatte
- konvertera
- Pris
- kostnadsminskning
- kostnadseffektiv
- kunde
- cykel
- cykler
- Datum
- djupare
- levererar
- demonstrerar
- densitet
- Härledd
- Trots
- detaljer
- Utveckling
- utvecklingen
- fördelning
- Dominans
- dr
- dubbel
- dubbade
- effektivitet
- ansträngningar
- elektrolyt
- dykt
- smärgel
- möjliggöra
- aktiverad
- energi
- energi densitet
- förbättringar
- säkerställa
- miljömässigt
- uppskatta
- Även
- överstiger
- utmärkt
- exceptionell
- överdriven
- spännande
- befintliga
- expanderade
- kostnader
- ytorna
- underlättar
- genomförbarhet
- fyllning
- Förnamn
- fluktuation
- fokuserade
- följt
- För
- formen
- från
- full
- funktionella
- grundläggande
- ytterligare
- framtida
- generering
- blir
- gif
- större
- kraftigt
- Rutnät
- Grupp
- Odling
- Gäst
- Hård
- Harvard
- Harvard Universitet
- Har
- Hög
- högpresterande
- högre
- gångjärn
- Hur ser din drömresa ut
- How To
- HTTPS
- hinder
- bild
- Inverkan
- förbättras
- in
- industriell
- billigt
- inneboende
- inledande
- innovativa
- istället
- Integrera
- intensiv
- in
- problem
- IT
- DESS
- delta
- jpg
- bara
- Brist
- Large
- storskalig
- större
- Efternamn
- skikt
- ledande
- Lämna
- Led
- hävstångs
- ligger
- livet
- tycka om
- begränsningar
- logotyp
- livslängd
- förlust
- Låg
- låga priser
- låg kostnad
- gjord
- Vanliga
- göra
- GÖR
- Framställning
- Massa
- Massadoption
- Materialet
- material
- mekanism
- Metrics
- Michael
- mikro
- Mitten
- rörelse
- mycket
- namn
- nanoteknologi
- Nästa
- Nej
- of
- sänkt
- on
- ONE
- endast
- optimerad
- Tillbehör
- or
- Övriga
- vår
- produktion
- över
- paneler
- Papper
- genomslag
- för
- prestanda
- tillstånd
- PHP
- svängbara
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- positiv
- potentiell
- kraft
- prekursor
- förhärskande
- föregående
- Priser
- prissättning
- Prime
- process
- producera
- Produktion
- lovande
- ger
- publicera
- publicerade
- utgivare
- Tryckande
- kvaliteter
- R&D
- snabb
- SÄLLSYNT
- rates
- Raw
- Beredskap
- verklig
- verkliga världen
- senaste
- reducerande
- reduktion
- Återstående
- avlägsnar
- Renewable
- upprepade
- Obligatorisk
- forskning
- forskare
- Resurser
- Resultat
- kvarhållande
- robusthet
- kungliga
- Säkerhet
- skalbar
- Skala
- vetenskaplig
- Dela
- ark
- Områden
- Storlek
- färdigheter
- Samhället
- natrium
- sol-
- solpaneler
- Solkraft
- Alldeles strax
- specialiserad
- Spotlight
- Stabilitet
- stjälkar
- Steg
- Fortfarande
- förvaring
- lagringsalternativ
- okomplicerad
- Strategisk
- styrkor
- steg
- stark
- strukturell
- struktur
- Kamp
- väsentligen
- framgång
- sådana
- lämplig
- yta
- Hållbarhet
- hållbart
- System
- skräddarsydd
- Te
- grupp
- Teknologi
- tester
- den där
- Smakämnen
- Framtiden
- deras
- Dessa
- detta
- tre
- Genom
- till
- alltför
- verktyg
- övergång
- behandling
- Vrida
- understreck
- universitet
- låsa
- Uppdateringar
- på
- URL
- användning
- Begagnade
- med hjälp av
- mycket
- via
- livskraft
- genomförbar, livskraftig
- tvättning
- Avfall
- Sätt..
- medan
- utbredd
- vind
- med
- inom
- utan
- skulle
- dig
- Din
- zephyrnet
- zhang