Исследователи стремятся найти оптимальное решение для хранения энергии, учитывая рост производства возобновляемой энергии и продаж электромобилей во всем мире. Некоторые ученые пытаются улучшить химию литиевых батарей с помощью альтернативных и инновационных решений, в то время как другие надеются, что они найдут способ использовать в батареях другие, то есть более дешевые и более доступные химические элементы.
Алюминий, натрий и калий — одни из тех химических элементов, которых гораздо больше, чем лития. Теоретически их можно использовать в аккумуляторах для хранения энергии.
Однако исследования показали, что с алюминием, натрием и калием сложно работать в батареях, потому что у них нет подходящих материалов для электродов батареи. До сих пор.
Новое исследование, проведенное профессором Госю Ванг из Сиднейского технологического университета, предлагает новый метод деформации 2D-графенового наноматериала для создания катода нового типа. Деформационная инженерия — это процесс изменения свойств материала путем изменения его механических или структурных характеристик.
В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, говорится, что новый подход может быть расширен до литий-ионной химии в приложениях для хранения высоких энергий, по словам его авторов.
Инженерия деформаций двумерных наноматериалов может помочь разработчикам батарей, отличных от батарей, основанных на литий-ионной химии, сделав алюминий, калий или натрий основными элементами батарей.
«Стратегия инженерии деформаций может быть распространена на многие другие наноматериалы для рационального проектирования электродных материалов для приложений с высоким накоплением энергии помимо литий-ионной химии», — заявили ученые в своем исследовании.
По словам профессора Ванга, который также является директором Центра экологически чистых энергетических технологий UTS:
«Литий-ионные аккумуляторы Beyond являются многообещающими кандидатами для низкозатратных и крупномасштабных приложений хранения энергии с высокой плотностью энергии. Однако основная проблема заключается в разработке подходящих электродных материалов».
Если деформационно сконструированные наноматериалы могут быть успешно применены в электродах, область исследований аккумуляторов и накопителей энергии будет в дальнейшем расширяться до различных потенциальных решений для хранения, помимо лития.
Более дешевые альтернативы литию могут означать более дешевые решения для хранения энергии.
Аналитики прогнозируют, что в ближайшие годы цена на литий будет расти, несмотря на текущие общие цены на сырьевые товары и падение спроса из-за кризиса с коронавирусом. Продажи электромобилей будут только расти, поскольку многие страны, особенно в Европе, ставят экологическое восстановление в центр своих пакетов стимулов.
Для хранения энергии в целом рост возобновляемых источников энергии также будет означать, что поиск более дешевых и лучших решений для хранения энергии не может быть начат достаточно скоро.
Недавно исследователи из Австралийского технологического университета Квинсленда (QUT) предложили конструкцию, основанную на механических свойствах наноструктур, содержащих алмазы, которые потенциально могут быть использованы в устройствах хранения механической энергии, включая батареи, биомедицинские сенсорные системы, носимые устройства, а также небольшую робототехнику и электронику.
Системы хранения механической энергии — один из многих недавних исследовательских проектов и инноваций в области хранения энергии. Ученые и компании решили доказать, что тепло, гравитация или геотермальная энергия могут использоваться для хранения и высвобождения энергии.
Хотя литий-ионные батареи в настоящее время являются наиболее популярным и широко используемым решением для хранения энергии, будущее может быть за наноструктурами, использующими механические, а не химические силы энергии.
Что касается литиевых батарей, исследователи из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) недавно разработали новую стратегию, направленную на устранение ограничений литий-кислородных батарей. По словам ученых, «эта новая стратегия обеспечивает высокую производительность литий-кислородных батарей, получивших признание как технология хранения энергии следующего поколения».
Бум электромобилей и рост возобновляемой энергии требуют постоянного совершенствования и коммерчески жизнеспособных решений для хранения энергии, независимо от типов батарей и их электрохимической или механической структуры.
