February 24, 2024

Επανάσταση στην αποθήκευση ενέργειας: μεταλλικά νανοσυμπλέγματα για σταθερές μπαταρίες λιθίου-θείου

Η ζήτηση για αποδοτικά συστήματα αποθήκευσης ενέργειας αυξάνεται, ιδιαίτερα λόγω της πρόσφατης εμφάνισης διακοπτόμενων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και της υιοθέτησης ηλεκτρικών οχημάτων. Από αυτή την άποψη, οι μπαταρίες λιθίου-θείου (LSB), οι οποίες μπορούν να αποθηκεύσουν τρεις έως πέντε φορές περισσότερη ενέργεια από τις παραδοσιακές μπαταρίες ιόντων λιθίου, έχουν γίνει μια πολλά υποσχόμενη λύση.

Τα LSB χρησιμοποιούν λίθιο ως άνοδο και θείο ως κάθοδο, αλλά αυτός ο συνδυασμός δημιουργεί προκλήσεις. Ένα σημαντικό πρόβλημα είναι το «φαινόμενο σαΐτας», στο οποίο τα ενδιάμεσα είδη πολυθειούχου λιθίου (LiPS) που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της ποδηλασίας μεταναστεύουν μεταξύ της ανόδου και της καθόδου, προκαλώντας μείωση της χωρητικότητας, χαμηλή διάρκεια ζωής και χαμηλή απόδοση ταχύτητας. Άλλα προβλήματα περιλαμβάνουν τη διαστολή της καθόδου του θείου κατά την απορρόφηση ιόντων λιθίου και τον σχηματισμό μονωτικών ειδών λιθίου-θείου και δενδριτών λιθίου κατά τη λειτουργία της μπαταρίας. Ενώ διάφορες στρατηγικές, όπως ενώσεις καθόδου, πρόσθετα ηλεκτρολυτών και ηλεκτρολύτες στερεάς κατάστασης, έχουν χρησιμοποιηθεί για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων, περιλαμβάνουν συμβιβασμούς και εκτιμήσεις που περιορίζουν την περαιτέρω ανάπτυξη των LSB.

Πρόσφατα, νανοσυμπλέγματα μετάλλων με ατομική ακρίβεια, συσσωματώματα ατόμων μετάλλου μεγέθους μεταξύ 1 και 3 νανόμετρων, έχουν λάβει μεγάλη προσοχή στην έρευνα υλικών, συμπεριλαμβανομένων των LSB, λόγω της υψηλής σχεδιαστικότητάς τους καθώς και των μοναδικών γεωμετρικών και ηλεκτρονικών δομών τους. Ωστόσο, αν και έχουν προταθεί πολλές κατάλληλες εφαρμογές για μεταλλικά νανοσυμπλέγματα, δεν υπάρχουν ακόμη παραδείγματα πρακτικών εφαρμογών τους. Τώρα, σε μια τελευταία συλλογική μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Λίγο Στις 25 Αυγούστου 2023, μια ομάδα ερευνητών από την Ιαπωνία και την Κίνα, με επικεφαλής τον καθηγητή Yuichi Negishi από το Πανεπιστήμιο Επιστημών του Τόκιο (TUS), εκμεταλλεύτηκε την επιφανειακή δεσμευτική ιδιότητα και τη δραστηριότητα οξειδοαναγωγής των νανοσυμπλεγμάτων χρυσού (Au) εμποτισμένα με πλατίνα ( Pt). Ωχ24Σημείο (κατοικίδιο)18 (ΡΕΤ: φαινυλαιθανοθειολικός εστέρας, SCH2CH2Ph), ως ηλεκτροκαταλύτης υψηλής απόδοσης στο LSB. Το έργο είναι συν-συγγραφέας του Επίκουρου Καθηγητή Saikat Das του TUS, του Καθηγητή Deyan He και του Κατώτερου Αναπληρωτή Καθηγητή Dequan Liu του Πανεπιστημίου Lanzhou, Κίνα.

Οι ερευνητές παρασκεύασαν ενώσεις Au.24Σημείο (κατοικίδιο)18 και νανοφύλλα γραφενίου (G) με μεγάλη ειδική επιφάνεια, υψηλό πορώδες και αγώγιμο δίκτυο, που τα χρησιμοποιούν για την ανάπτυξη ενός διαχωριστή μπαταρίας που επιταχύνει την ηλεκτροχημική κινητική στο LSB. «Τα LSB συναρμολογήθηκαν χρησιμοποιώντας το Au24Σημείο (κατοικίδιο)18Ο διαχωριστής με βάση το @G σταμάτησε τη μεταφορά LiPS, ανέστειλε τον σχηματισμό δενδριτών λιθίου και βελτίωσε τη χρήση του θείου, επιδεικνύοντας εξαιρετική χωρητικότητα και κυκλική σταθερότητα”, επισημαίνει ο καθηγητής Negishi. Η μπαταρία έδειξε υψηλή αναστρέψιμη ειδική χωρητικότητα 1535 ,4 mA hg−1 για τον πρώτο κύκλο στα 0,2 A g−1 και εξαιρετική ικανότητα συχνότητας 887 mA hg−1 στα 5 A g−1. Επιπλέον, η χωρητικότητα διατηρείται μετά από 1000 κύκλους στα 5 A g−1 Ήταν 558,5 mAhg−1.

Αυτά τα αποτελέσματα υπογραμμίζουν τα πλεονεκτήματα της χρήσης μεταλλικών νανοσυμπλεγμάτων στο LSB. Περιλαμβάνουν βελτιωμένη ενεργειακή πυκνότητα, μεγαλύτερο κύκλο ζωής, βελτιωμένα χαρακτηριστικά ασφαλείας και μειωμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις των LSB, καθιστώντας τα πιο φιλικά προς το περιβάλλον και ανταγωνιστικά με άλλες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας.

“Τα LSB με μεταλλικά νανοσυμπλέγματα μπορούν να βρουν εφαρμογές σε ηλεκτρικά οχήματα, φορητά ηλεκτρονικά είδη, αποθήκευση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και άλλες βιομηχανίες που απαιτούν προηγμένες λύσεις αποθήκευσης ενέργειας. Επιπλέον, αυτή η μελέτη αναμένεται να ανοίξει το δρόμο για LSB σε στερεά κατάσταση με λειτουργίες “, επισημαίνει Καθηγητής Νεγκίσι. Στο εγγύς μέλλον, η προτεινόμενη τεχνολογία μπορεί να οδηγήσει σε πιο οικονομικά αποδοτικές και μακροχρόνιες συσκευές αποθήκευσης ενέργειας. Αυτό θα συμβάλει στη μείωση των εκπομπών άνθρακα και θα στηρίξει την υιοθέτηση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, προωθώντας τη βιωσιμότητα.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *