Ngày 30 tháng 2024 năm XNUMX
(Tiêu điểm Nanowerk) Quá trình chuyển đổi sang năng lượng gió và năng lượng mặt trời tái tạo phải đối mặt với rào cản then chốt là thiếu các phương án lưu trữ năng lượng quy mô lớn với giá cả phải chăng. Nếu không có pin cấp lưới hiệu quả về mặt chi phí, các vấn đề về biến động và gián đoạn khiến việc áp dụng rộng rãi thế hệ bền vững là không thực tế. Sau những bước tiến đầy hứa hẹn về việc giảm chi phí sản xuất cho các bộ phận như tấm pin mặt trời và tua-bin gió, công nghệ lưu trữ nổi lên như rào cản cuối cùng còn lại cần được giải quyết. Bất chấp hoạt động R&D mạnh mẽ từ các công ty pin hàng đầu, các nhà hóa học lithium-ion phổ biến vẫn gặp khó khăn để đạt được sự kết hợp giữa giá thấp, độ an toàn, độ ổn định và vòng đời cao cần thiết cho ứng dụng này. Tiềm năng mới nổi của pin natri-ion đã mang lại những nỗ lực tái tạo năng lượng, nhưng thành công của chúng phụ thuộc vào việc phát triển các điện cực phù hợp mà không cần quá nhiều vật liệu quý hiếm hoặc độc hại. Trong một bài báo xuất bản năm Vật liệu chức năng nâng cao (“Tea-Derived Sustainable Materials”), một nhóm do Tiến sĩ Xingcai Zhang tại Đại học Harvard dẫn đầu trình bày chi tiết về quá trình phát triển cực dương pin natri-ion hiệu suất cao sử dụng vật liệu cải tiến có nguồn gốc từ lá trà thải. Dựa trên những tiến bộ gần đây đã làm cho pin natri-ion trở thành một giải pháp thay thế khả thi và chi phí thấp cho công nghệ lithium-ion phổ biến, cực dương có nguồn gốc sinh khối của các nhà nghiên cứu chứng tỏ những phẩm chất có thể cho phép thế hệ lưu trữ năng lượng cấp lưới bền vững và giá cả phải chăng tiếp theo. Những nỗ lực trước đây nhằm tạo ra pin natri-ion đã đạt được chi phí thấp nhưng bị ảnh hưởng quá lớn trong các lĩnh vực hiệu suất như công suất sạc, tuổi thọ và tốc độ sạc để thay thế sự thống trị của lithium-ion. Phần lớn điều này xuất phát từ những thách thức hóa học cơ bản, vì kích thước lớn hơn của các ion natri hạn chế chuyển động nhanh trong các bộ phận của pin. Điểm tiến bộ trọng tâm của cực dương lá trà của Tiến sĩ Zhang nằm ở cách nó cân bằng những hạn chế cố hữu này. Thông qua quy trình nhiệt phân một bước đơn giản, các nhà nghiên cứu đã chuyển đổi thân lá trà thô thành vật liệu “cacbon cứng” được tối ưu hóa để lưu trữ ion natri. So với các cực dương làm từ carbon hiện có, carbon cứng có nguồn gốc từ trà thải của nhóm, được đặt tên là TS-1400-HCl, mang lại các chỉ số được cải thiện đáng kể về mọi mặt. Nó cung cấp công suất ban đầu cao hơn 70%, hiệu suất cao hơn 91% trong chu kỳ sạc/xả đầu tiên và tuổi thọ cao hơn 7-9 lần trong 500 chu kỳ. Điều quan trọng là TS-1400-HCl đạt được hiệu suất đột phá này chỉ bằng cách sử dụng các thành phần cơ bản rẻ tiền thông qua quy trình công nghiệp có thể mở rộng.
Hình ảnh HRTEM của TS-1400-HCl. (In lại với sự cho phép của Wiley-VCH Verlag) Các nhà nghiên cứu cho rằng khả năng của TS-1400-HCl là nhờ những cải tiến về cấu trúc được tạo ra bởi thân lá trà tiền thân và việc xử lý axit chiến lược. Cấu trúc sinh khối xốp tự nhiên của nó tạo điều kiện cho chất điện phân xâm nhập trong khi vẫn giữ lại nhiều khuyết tật và khoảng trống để hấp phụ ion natri. Rửa bằng axit sẽ loại bỏ các tạp chất dẫn đến mất công suất ở dạng thô. Cách tiếp cận theo hai hướng này dẫn đến cực dương carbon được tối ưu hóa mang lại khoảng cách mở rộng giữa các lớp giống như than chì, vị trí hấp phụ dồi dào trên các vi mô và lỗ trung mô, đồng thời có độ bền cấu trúc tuyệt vời khi sạc nhiều lần. Thông qua phân tích quang phổ, nhóm của Tiến sĩ Zhang đã xác nhận việc lưu trữ ion natri của TS-1400-HCl xảy ra thông qua quá trình hấp phụ bề mặt lấp đầy các lỗ rỗng và khuyết tật, sau đó là sự xen kẽ giữa các tấm than chì sâu hơn trong điện cực khối. Cơ chế kép này, tận dụng sức mạnh của kết cấu carbon cứng sinh khối được thiết kế riêng, tận dụng tối đa vật liệu để đảm bảo công suất và hiệu suất điện cao. Các thử nghiệm khả thi trong thế giới thực về pin đồng xu natri-ion hoàn chỉnh đã củng cố thêm khả năng ứng cử của TS-1400-HCl làm điện cực sản xuất hàng loạt. Thậm chí không cần xử lý trước cực dương để tạo sự ổn định, tế bào lá trà đầy đủ của Tiến sĩ Zhang với Na3V2(P.O.4)3 cực âm vẫn đạt được tuổi thọ vượt trội trên 1000 chu kỳ và mật độ năng lượng cạnh tranh với pin lithium-ion thương mại. Việc thể hiện tính sẵn sàng như vậy mà không cần xử lý trước chuyên biệt sẽ nhấn mạnh khả năng tồn tại và hiệu quả chi phí của TS-1400-HCl. Các nhà nghiên cứu ước tính phương pháp xử lý và ủ axit rẻ tiền được sử dụng để sản xuất cực dương cacbon cứng sẽ cho phép định giá cạnh tranh khoảng 5-7 USD/kg trên quy mô lớn. Kết hợp với nguồn tài nguyên lá trà thô dồi dào – chỉ riêng sản lượng hàng năm của Trung Quốc đã vượt quá 1 tỷ kg – nhóm của Tiến sĩ Zhang tin rằng phương pháp sinh khối của họ có tiềm năng mạnh mẽ cho sự bền vững thực sự và tác động tích cực đến môi trường như một vật liệu pin phổ biến, giá cả phải chăng. Với việc tiếp tục nghiên cứu về vật liệu catốt bổ sung tập trung vào tối đa hóa hiệu suất thay vì giảm chi phí, các điện cực tích hợp pin natri-ion như TS-1400-HCl có thể sớm mở ra khả năng áp dụng hàng loạt hệ thống lưu trữ và phân phối năng lượng sạch quy mô lớn. Bằng cách biến chất thải thành watt, sự ra đời của pin lưới giá rẻ, bền và thân thiện với Trái đất đang tiến gần hơn một bước.
– Michael là tác giả của ba cuốn sách của Hiệp hội Hóa học Hoàng gia:
Xã hội Nano: Đẩy mạnh ranh giới của công nghệ,
Công nghệ nano: Tương lai nhỏ bévà
Nanoengineering: Các kỹ năng và công cụ làm cho công nghệ vô hình
Bản quyền ©
Công Ty TNHH Nanowerk
Trở thành tác giả khách mời của Spotlight! Tham gia nhóm lớn và đang phát triển của chúng tôi những người đóng góp cho khách. Bạn vừa xuất bản một bài báo khoa học hoặc có những phát triển thú vị khác để chia sẻ với cộng đồng công nghệ nano? Đây là cách xuất bản trên nanowerk.com.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64544.php
- : có
- :là
- 1
- 10
- 12
- 30
- 31
- 32
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- sự phong phú
- phong phú
- Đạt được
- đạt được
- Đạt được
- ngang qua
- Nhận con nuôi
- tiến
- tiến bộ
- sự xuất hiện
- giá cả phải chăng
- Sau
- cô đơn
- thay thế
- an
- phân tích
- và
- hàng năm
- Các Ứng Dụng
- phương pháp tiếp cận
- khu vực
- xung quanh
- AS
- At
- Nỗ lực
- tác giả
- số dư
- cơ sở
- pin
- ắc quy
- BE
- tin
- Berger
- giữa
- Tỷ
- sinh khối
- trống
- bảng
- Sách
- ranh giới
- bước đột phá
- Xây dựng
- nhưng
- by
- năng lực
- Sức chứa
- carbon
- pin
- xi măng
- Trung tâm
- trung tâm
- thách thức
- phí
- sạc
- giá rẻ
- hóa học
- Trung Quốc
- giống cá lăng
- năng lượng sạch
- gần gũi hơn
- Coin
- kết hợp
- kết hợp
- thương gia
- cộng đồng
- Các công ty
- so
- cạnh tranh
- bổ túc
- các thành phần
- XÁC NHẬN
- tiếp tục
- chuyển đổi
- Phí Tổn
- giảm chi phí
- chi phí-hiệu quả
- có thể
- chu kỳ
- chu kỳ
- Ngày
- sâu sắc hơn
- cung cấp
- chứng minh
- mật độ
- Nguồn gốc
- Mặc dù
- chi tiết
- Phát triển
- phát triển
- phân phối
- Sự thống trị
- dr
- hai
- được mệnh danh là
- hiệu quả
- những nỗ lực
- điện
- xuất hiện
- mới nổi
- cho phép
- kích hoạt
- năng lượng
- mật độ năng lượng
- cải tiến
- đảm bảo
- môi trường
- ước tính
- Ngay cả
- vượt quá
- tuyệt vời
- đặc biệt
- quá nhiều
- thú vị
- hiện tại
- mở rộng
- chi phí
- khuôn mặt
- tạo điều kiện
- tính khả thi
- đổ đầy
- Tên
- biến động
- tập trung
- sau
- Trong
- hình thức
- từ
- Full
- chức năng
- cơ bản
- xa hơn
- tương lai
- thế hệ
- được
- gif
- lớn hơn
- rất nhiều
- lưới
- Nhóm
- Phát triển
- Khách
- Cứng
- harvard
- đại học Harvard
- Có
- Cao
- hiệu suất cao
- cao hơn
- bản lề
- Độ đáng tin của
- Hướng dẫn
- HTTPS
- rào
- hình ảnh
- Va chạm
- cải thiện
- in
- công nghiệp
- không tốn kém
- vốn có
- ban đầu
- sáng tạo
- thay vì
- Tích hợp
- cường độ cao
- trong
- các vấn đề
- IT
- ITS
- tham gia
- jpg
- chỉ
- Thiếu sót
- lớn
- quy mô lớn
- lớn hơn
- Họ
- lớp
- hàng đầu
- Rời bỏ
- Led
- tận dụng
- nằm
- Cuộc sống
- Lượt thích
- hạn chế
- Logo
- tuổi thọ
- sự mất
- Thấp
- giá thấp
- chi phí thấp
- thực hiện
- Mainstream
- làm cho
- LÀM CHO
- Làm
- Thánh Lễ
- Áp dụng hàng loạt
- vật liệu
- nguyên vật liệu
- cơ chế
- Metrics
- Michael
- vi
- Tên đệm
- phong trào
- nhiều
- tên
- công nghệ nano
- tiếp theo
- Không
- of
- off
- on
- ONE
- có thể
- tối ưu hóa
- Các lựa chọn
- or
- Nền tảng khác
- vfoXNUMXfipXNUMXhfpiXNUMXufhpiXNUMXuf
- đầu ra
- kết thúc
- tấm
- Giấy
- thâm nhập
- mỗi
- hiệu suất
- cho phép
- PHP
- quan trọng
- plato
- Thông tin dữ liệu Plato
- PlatoDữ liệu
- tích cực
- tiềm năng
- quyền lực
- tiền thân
- thịnh hành
- trước
- Giá
- giá
- Thủ tướng Chính phủ
- quá trình
- sản xuất
- Sản lượng
- hứa hẹn
- cung cấp
- xuất bản
- công bố
- nhà xuất bản
- Đẩy
- chất lượng
- R & D
- nhanh
- HIẾM HOI
- Giá
- Nguyên
- Sẵn sàng
- thực
- thế giới thực
- gần đây
- giảm
- giảm
- còn lại
- Loại bỏ
- Tái tạo
- lặp đi lặp lại
- cần phải
- nghiên cứu
- nhà nghiên cứu
- Thông tin
- Kết quả
- giữ lại
- sự mạnh mẽ
- hoàng gia
- Sự An Toàn
- khả năng mở rộng
- Quy mô
- khoa học
- Chia sẻ
- tờ
- Các trang web
- Kích thước máy
- kỹ năng
- Xã hội
- natri
- hệ mặt trời
- tấm pin mặt trời
- Năng lượng mặt trời
- Chẳng bao lâu
- chuyên nghành
- Spotlight
- Tính ổn định
- thân cây
- Bước
- Vẫn còn
- là gắn
- tùy chọn lưu trữ
- đơn giản
- Chiến lược
- thế mạnh
- sải bước
- mạnh mẽ
- cấu trúc
- cấu trúc
- Đấu tranh
- đáng kể
- thành công
- như vậy
- phù hợp
- Bề mặt
- Tính bền vững
- bền vững
- hệ thống
- phù hợp
- Trà
- nhóm
- Công nghệ
- kiểm tra
- việc này
- Sản phẩm
- Tương lai
- cung cấp their dịch
- Kia là
- điều này
- số ba
- Thông qua
- đến
- quá
- công cụ
- quá trình chuyển đổi
- điều trị
- Quay
- nhấn mạnh
- trường đại học
- mở khóa
- Cập nhật
- trên
- URL
- sử dụng
- đã sử dụng
- sử dụng
- rất
- thông qua
- khả năng tồn tại
- khả thi
- rửa
- Chất thải
- Đường..
- trong khi
- phổ biến rộng rãi
- gió
- với
- ở trong
- không có
- sẽ
- bạn
- trên màn hình
- zephyrnet
- zhang