30 січня 2024 р
(Прожектор Nanowerk) Перехід до відновлюваної енергії вітру та сонця стикається з головною перешкодою через відсутність доступних варіантів зберігання великомасштабної енергії. Без економічно ефективних мережевих акумуляторів проблеми з коливаннями та перебоями роблять широке впровадження сталої генерації непрактичним. Після багатообіцяючих успіхів у зниженні витрат на виробництво таких компонентів, як сонячні батареї та вітряні турбіни, технологія зберігання стала останньою перешкодою, яку потрібно подолати. Незважаючи на інтенсивні дослідження та розробки провідних компаній-виробників батарей, поширені літій-іонні хімікати намагаються досягти поєднання низьких цін, безпеки, стабільності та тривалого терміну служби, необхідного для цього застосування. Розвиток потенціалу натрій-іонних батарей пожвавив зусилля, але їхній успіх залежить від розробки відповідних електродів без надмірних рідкісних або токсичних матеріалів. У статті, опублікованій в Розширені функціональні матеріали (“Tea-Derived Sustainable Materials”), команда під керівництвом доктора Сінцай Чжана з Гарвардського університету детально описує свою розробку високопродуктивного анода натрієво-іонного акумулятора з використанням інноваційного матеріалу, отриманого з відходів чайного листя. Грунтуючись на останніх досягненнях, які зробили натрієво-іонні батареї життєздатною та недорогою альтернативою поширеній літій-іонній технології, анод дослідників із біомаси демонструє якості, які можуть уможливити наступне покоління доступних та стійких накопичувачів енергії на рівні мережі. Попередні спроби створення натрій-іонних акумуляторів досягли низької вартості, але занадто сильно постраждали в таких областях, як ємність заряду, довговічність і швидкість заряджання, щоб витіснити домінування літій-іонних. Багато в чому це пов’язано з фундаментальними хімічними проблемами, оскільки більший розмір іонів натрію обмежує швидке переміщення всередині компонентів акумулятора. Основна перевага анода для чайного листа Dr. Zhang полягає в тому, як він врівноважує ці властиві обмеження. Завдяки простому одноетапному процесу піролізу дослідники перетворюють стебла сирого чайного листя на «твердий вуглецевий» матеріал, оптимізований для зберігання іонів натрію. У порівнянні з існуючими анодами на основі вуглецю, твердий вуглець, отриманий командою з відходів чаю, отримав назву TS-1400-HCl, забезпечує суттєво покращені показники за всіма напрямками. Він забезпечує на 70% вищу початкову ємність, на 91% вищу ефективність у першому циклі заряджання/розряджання та в 7-9 разів більший термін служби протягом 500 циклів. Важливо те, що TS-1400-HCl досягає цієї революційної продуктивності, використовуючи лише недорогі базові компоненти за допомогою масштабованого промислового процесу.
HRTEM зображення TS-1400-HCl. (Передруковано з дозволу Wiley-VCH Verlag) Дослідники пояснюють здатність TS-1400-HCl структурними покращеннями, що забезпечуються стеблами листя чаю-попередника та стратегічною обробкою кислотою. Його природна пориста структура біомаси полегшує проникнення електроліту, зберігаючи при цьому велику кількість дефектів і пустот для адсорбції іонів натрію. Кислотне промивання видаляє домішки, які призвели до втрати продуктивності в сирому вигляді. Результатом такого двостороннього підходу є оптимізований вугільний анод, що забезпечує збільшений відстань між графітоподібними шарами, велику кількість місць адсорбції в мікро- та мезопорах, а також чудову міцність конструкції при багаторазовому заряджанні. За допомогою спектроскопічного аналізу група доктора Чжана підтвердила, що накопичення іонів натрію в TS-1400-HCl відбувається через процес поверхневої адсорбції, що заповнює пори та дефекти, з наступною інтеркаляцією між графітовими листами глибше в об’ємному електроді. Цей подвійний механізм, що використовує сильні сторони адаптованої текстури твердого вуглецю з біомаси, повністю використовує матеріал для забезпечення високої потужності та електричної ефективності. Техніко-економічні випробування повністю натрієво-іонної монетної комірки ще більше підтвердили кандидатуру TS-1400-HCl як електрода масового виробництва. Навіть без попереднього підсилення анода, щоб забезпечити його стабільність, повний елемент чайного листя доктора Чжана з Na3V2(PO4)3 Катод все ще досяг виняткової довговічності понад 1000 циклів і щільності енергії, що конкурує з комерційними літій-іонними батареями. Такі демонстрації готовності без спеціальної попередньої обробки підкреслюють життєздатність і економічну ефективність TS-1400-HCl. Дослідники підрахували, що недорога кислотна обробка та відпал, які використовуються для виробництва їхніх твердих вугільних анодів, забезпечать конкурентоспроможну ціну близько 5-7 доларів США за кг у масштабі. У поєднанні з великою кількістю ресурсів сирого чайного листя (лише річний обсяг виробництва в Китаї перевищує 1 мільярд кг) група д-ра Чжана вважає, що їхній підхід до використання біомаси має великий потенціал для реальної стійкості та позитивного впливу на навколишнє середовище як основного доступного матеріалу для акумуляторів. Завдяки продовженню досліджень додаткових катодних матеріалів, зосереджених на максимізації продуктивності замість зниження вартості, натрієво-іонні батареї з інтегрованими електродами, такими як TS-1400-HCl, незабаром зможуть розблокувати масове впровадження великомасштабних систем зберігання та розподілу чистої енергії. Перетворюючи відходи у вати, поява дешевих, довговічних і безпечних для Землі мережевих батарей стає на крок ближче.
By
Майкл
Бергер
– Майкл є автором трьох книг Королівського товариства хімії:
Нано-суспільство: розсув кордони технологій,
Нанотехнології: Майбутнє крихітне та
Наноінженерія: навички та інструменти, що роблять технологію невидимою
Copyright ©
ТОВ «Нановерк».
Станьте запрошеним автором Spotlight! Приєднуйтесь до нашої великої та зростаючої групи гості дописувачі. Ви щойно опублікували наукову роботу чи маєте інші цікаві розробки, якими можете поділитися з нанотехнологічною спільнотою? Ось як опублікувати на nanowerk.com.
- Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
- ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
- PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
- джерело: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64544.php
- : має
- :є
- 1
- 10
- 12
- 30
- 31
- 32
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- достаток
- рясний
- Achieve
- досягнутий
- Досягає
- через
- Прийняття
- просування
- аванси
- прихід
- доступний
- після
- тільки
- альтернатива
- an
- аналіз
- та
- щорічний
- додаток
- підхід
- області
- навколо
- AS
- At
- Спроби
- автор
- баланси
- база
- батареї
- акумулятор
- BE
- вважає,
- Бергер
- між
- Мільярд
- біомаса
- порожній
- рада
- книги
- Межі
- прорив
- Створюємо
- але
- by
- потужності
- потужність
- вуглець
- осередок
- цементується
- Центр
- центральний
- проблеми
- заряд
- зарядка
- дешево
- хімія
- Chinas
- очистити
- екологічно чистої енергії
- ближче
- Монета
- поєднання
- комбінований
- комерційний
- співтовариство
- Компанії
- порівняний
- конкурентоспроможний
- взаємодоповнюючі
- Компоненти
- Підтверджено
- триває
- конвертувати
- Коштувати
- зниження витрат
- рентабельним
- може
- цикл
- циклів
- Дата
- глибше
- постачає
- демонструє
- Щільність
- Отриманий
- Незважаючи на
- деталі
- розробка
- події
- розподіл
- Панування
- dr
- подвійний
- охрестили
- ефективність
- зусилля
- електроліт
- з'явився
- з'являються
- включіть
- включений
- енергія
- щільність енергії
- Удосконалення
- забезпечувати
- навколишній
- оцінити
- Навіть
- перевищує
- відмінно
- винятковий
- надмірний
- захоплюючий
- існуючий
- розширений
- витрати
- особи
- полегшує
- здійсненність
- наповнення
- Перший
- флуктуація
- увагу
- потім
- для
- форма
- від
- Повний
- функціональний
- фундаментальний
- далі
- майбутнє
- покоління
- отримує
- GIF
- великий
- значно
- сітка
- Group
- Зростання
- гість
- Жорсткий
- Гарвард
- Гарвардський університет
- Мати
- Високий
- висока продуктивність
- вище
- петлі
- Як
- How To
- HTTPS
- перешкода
- зображення
- Impact
- поліпшений
- in
- промислові
- недорогий
- притаманне
- початковий
- інноваційний
- замість
- Інтеграція
- інтенсивний
- в
- питання
- IT
- ЙОГО
- приєднатися
- JPG
- просто
- відсутність
- великий
- масштабний
- більше
- останній
- шарів
- провідний
- Залишати
- Led
- використання
- лежить
- життя
- як
- недоліки
- логотип
- довговічність
- від
- низький
- низькі ціни
- недорогий
- made
- Mainstream
- зробити
- РОБОТИ
- Робить
- Маса
- Масове усиновлення
- матеріал
- Матеріали
- механізм
- Метрика
- Майкл
- мікро-
- Середній
- руху
- багато
- ім'я
- нанотехнології
- наступний
- немає
- of
- від
- on
- ONE
- тільки
- оптимізований
- Опції
- or
- Інше
- наші
- вихід
- над
- Панелі
- Папір
- проникнення
- для
- продуктивність
- дозвіл
- PHP
- основний
- plato
- Інформація про дані Платона
- PlatoData
- позитивний
- потенціал
- влада
- попередник
- поширений
- попередній
- ціни
- ціни без прихованих комісій
- Prime
- процес
- виробляти
- Production
- перспективний
- забезпечує
- публікувати
- опублікований
- видавець
- Натискання
- якості
- R & D
- швидко
- РІДНІ
- ставки
- Сировина
- Готовність
- реальний
- Реальний світ
- останній
- зниження
- скорочення
- решті
- видаляє
- Поновлюваний
- повторний
- вимагається
- дослідження
- Дослідники
- ресурси
- результати
- утримує
- стійкість
- королівський
- Безпека
- масштабовані
- шкала
- науковий
- Поділитись
- Листи
- сайти
- Розмір
- навички
- суспільство
- натрій
- сонячний
- сонячних панелей
- Сонячна енергія
- Скоро
- спеціалізований
- Прожектор
- Стабільність
- стебла
- Крок
- Як і раніше
- зберігання
- варіанти зберігання
- просто
- Стратегічний
- сильні сторони
- успіхів
- сильний
- структурний
- структура
- боротьба
- по суті
- успіх
- такі
- підходящий
- поверхню
- Sustainability
- сталого
- Systems
- з урахуванням
- чай
- команда
- Технологія
- Тести
- Що
- Команда
- Майбутнє
- їх
- Ці
- це
- три
- через
- до
- занадто
- інструменти
- перехід
- лікування
- Поворот
- підкреслювати
- університет
- відімкнути
- Updates
- на
- URL
- використання
- використовуваний
- використання
- дуже
- через
- життєздатності
- viable
- мийка
- Відходи
- шлях..
- в той час як
- широко поширений
- вітер
- з
- в
- без
- б
- ви
- вашу
- зефірнет
- Чжан