Νέα ερευνητική εργασία που συντάχθηκε από επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Fuzhou στην Κίνα και το Πανεπιστήμιο του Μακάο συνόψισε τις προκλήσεις καθώς και τις προοπτικές για το μέλλον του σκληρού άνθρακα.
Το περιεχόμενο της συγκεκριμένης εργασίας έχει τίτλο «Αναζωογόνηση των μπαταριών ιόντων νατρίου μέσω ελεγχόμενων μικροδομών και προηγμένων ηλεκτρολυτών για σκληρός άνθρακας», δημοσιεύτηκε στο eScience.
Ερευνητές στην Κίνα συνόψισαν τα τεχνικά ζητήματα που εμποδίζουν την ανάπτυξη σκληρού άνθρακα, ο οποίος θεωρείται ως η πιο πολλά υποσχόμενη άνοδος για υψηλής απόδοσης, εμπορικές μπαταρίες ιόντων νατρίου.
Με την τεχνολογία στα πρόθυρα της εμπορευματοποίησης, η αναζήτηση για υλικά ηλεκτροδίων με υψηλή ηλεκτροχημική απόδοση συνεχίζεται και ο σκληρός άνθρακας αναδεικνύεται ως το πιο πολλά υποσχόμενο υλικό ανόδου.
Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου έχουν προσελκύσει εκτεταμένη προσοχή για τα πλεονεκτήματά τους σε σχέση με την πανταχού παρούσα τεχνολογία ιόντων λιθίου, συμπεριλαμβανομένων των πρώτων υλών χαμηλού κόστους, της βελτιωμένης ασφάλειας, των δυνατοτήτων γρήγορης φόρτισης και της απόδοσης σε χαμηλή θερμοκρασία.
Τεχνικά προβλήματα
Οι ερευνητές σημειώνουν ότι η εμπορευματοποίηση του σκληρού άνθρακα εξακολουθεί να αντιμετωπίζει τεχνικά ζητήματα χαμηλής αρχικής κουλομβικής απόδοσης, κακής απόδοσης ρυθμού και ανεπαρκούς σταθερότητας στον κύκλο, λόγω της εγγενώς ακανόνιστης μικροδομής του σκληρού άνθρακα.
«Για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων, ο ορθολογικός σχεδιασμός της μικροδομής σκληρού άνθρακα είναι ζωτικής σημασίας για την επίτευξη μπαταριών ιόντων νατρίου υψηλής απόδοσης, μέσω της απόκτησης εις βάθος κατανόησης των συσχετισμών δομής-απόδοσης», γράφουν.
Ηλεκτρόδια: Εμφάνιση, προέλευση και σημασία
Επιπλέον, η ανασκόπησή τους εξετάζει μια σειρά από ερευνητικές μελέτες που προέκυψαν από την εμφάνιση ηλεκτροδίων σκληρού άνθρακα, που καλύπτουν στη διαδικασία τον μηχανισμό αποθήκευσης νατρίου των ηλεκτροδίων σκληρού άνθρακα, την επιλογή προδρόμων σκληρών ουσιών άνθρακα, τη μηχανική αντιστοίχισης ηλεκτρολυτών και τις απαιτήσεις για πρακτική εμπορική μηχανική.
Οι ερευνητές υπογραμμίζουν τη σημασία της επιλογής προδρόμων με τους περισσότερους πρόδρομους ηλεκτροδίων σκληρού άνθρακα να προέρχονται από υλικά βιομάζας και παράγωγα βιομηχανικών προϊόντων, όπως η κυτταρίνη, τα φύλλα ginkgo, η γλυκόζη, το βαμβάκι, η ρητίνη, η σακχαρόζη ή η γλυκόζη.
«Η επιλογή χαμηλού κόστους, κλιμακούμενων πρόδρομων ουσιών έχει γίνει βασικός παράγοντας που επηρεάζει την εμπορευματοποίηση του σκληρού άνθρακα», γράφουν.
Επιπλέον, οι ερευνητές υπογραμμίζουν τη σημασία της αντιστοίχισης του ηλεκτροδίου σκληρού άνθρακα με τον σωστό ηλεκτρολύτη ως σημαντικό παράγοντα για την ηλεκτροχημική απόδοση των μπαταριών.
Σημειώνουν ότι οι εστερικοί ηλεκτρολύτες δεν ταιριάζουν καλά με τον σκληρό άνθρακα, και επομένως η αναζήτηση ηλεκτρολυτών εστέρα υψηλής τάσης θα πρέπει να αποτελεί προτεραιότητα.
Μέθοδοι αποθήκευσης νατρίου
Η ανασκόπησή τους εξετάζει επίσης διάφορους μηχανισμούς αποθήκευσης νατρίου, όπως το μοντέλο πλήρωσης εισαγωγής-νανοπόρου, μοντέλο απορρόφησης-εισαγωγής, μοντέλο πλήρωσης νανοπόρου απορρόφησης ή το μοντέλο πλήρωσης νανοπόρου απορρόφησης-εισαγωγής, που μπορεί να αποδώσει σκληρά υλικά άνθρακα με διαφορετικές ιδιότητες.
Προτάσεις για μελλοντική ανάπτυξη
«Στο μέλλον, ο καθορισμός του τρόπου κατασκευής σκληρού άνθρακα υψηλής απόδοσης για την επίτευξη πρακτικών εμπορικών εφαρμογών μπαταριών ιόντων νατρίου είναι ζωτικής σημασίας. Αυτό θα απαιτήσει πλήρη κατανόηση του πραγματικού μηχανισμού αποθήκευσης ιόντων νατρίου, προετοιμασίας σκληρού άνθρακα και επιλογής προδρόμου, καθώς και ρύθμιση ηλεκτρολυτών», γράφουν οι ερευνητές.
Τέλος, το έγγραφο επισημαίνει κατευθύνσεις για τη μελλοντική ανάπτυξη σκληρού άνθρακα για την επίτευξη της εμπορευματοποίησης μπαταριών ιόντων νατρίου υψηλής απόδοσης.
Αυτό περιλαμβάνει περαιτέρω μελέτη του μηχανισμού αποθήκευσης νατρίου σκληρού άνθρακα για να βοηθήσει στη βελτίωση της ηλεκτροχημικής απόδοσης των ηλεκτροδίων σκληρού άνθρακα, περαιτέρω βελτίωση της ηλεκτροχημικής τους απόδοσης, ανάπτυξη πρόδρομων υλικών με χαμηλό κόστος, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και υψηλή απόδοση άνθρακα, και αυτά που προέρχονται από υλικά βιομηχανικών απορριμμάτων προϊόντων, καθώς και επεξεργασίες προδιαστολής που μπορούν να εξασφαλίσουν υψηλή απόδοση Coulombic και να βελτιστοποιήσουν την ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας.
«Ενώ η εμφάνιση ηλεκτροδίων σκληρού άνθρακα έχει πράγματι προωθήσει την εμπορευματοποίηση των μπαταριών ιόντων νατρίου, χρειάζεται ακόμη περισσότερη δουλειά για να γίνει πραγματικότητα η εμπορευματοποίηση, γράφουν οι ερευνητές στην εργασία.
www.worldenergynews.gr
