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RSS Énergie Naturelle

Nature Energy est une revue en ligne uniquement intéressée par tous les aspects de l'énergie, de sa génération et de son stockage, à sa distribution et à sa gestion, les besoins et les demandes des différents acteurs impliqués, et les impacts que les technologies et les politiques énergétiques ont sur les différentes sociétés. La revue a un intérêt particulier pour les études qui élargissent notre connaissance et éclairent le développement des technologies et des solutions de nouvelle génération. Nature Energy publie des recherches issues des sciences naturelles, du comportement et des sciences sociales.

Fil de notes

Blindage isotrope pour fonctionnement haute tension

Les batteries sodium-ion solides à haute tension échouent souvent à l'interface cathode-électrolyte en raison de réactions secondaires. Une couche épitaxiale isotrope de réseau métallo-organique qui recouvre uniformément les particules de cathode aide à prévenir les réactions secondaires, permettant un cyclage stable à une tension de coupure inhabituellement élevée de 4,2 V (vs Na/Na+), dépassant la limite typique d'environ 3,9 V (vs Na/Na+) pour les cellules sodium à base de polyéthylène oxyde.

Additifs pour la stabilité thermique

Dans les cellules solaires à pérovskite, la structure conventionnelle n–i–p utilisant le spiro-MeOTAD comme couche de transport de trous de type p souffre d'une faible stabilité thermique. Désormais, un additif solide non volatil, le 4-(N-carbazolyl)pyridine, est introduit pour améliorer la stabilité thermique du spiro-MeOTAD et permettre aux cellules solaires de fonctionner de manière plus fiable dans des conditions difficiles.

Polybenzimidazole sulfoné pour l'électrolyse de l'eau par membrane solvatant les ions à faible alcalinité

Les membranes dopées au KOH, dites membranes solvatant les ions (ISM), ont été utilisées dans les électrolyseurs d'eau alcalins, mais elles présentent des défis en matière de stabilité et de fenêtres opérationnelles étroites. Ici, une ISM de polybenzimidazole partiellement sulfonée et non réticulée avec une conductivité et une stabilité améliorées est rapportée, atteignant des densités de courant élevées et un fonctionnement prolongé.

Orientation hors du plan pilotée par interaction aromatique pour des cellules solaires à pérovskite inversées avec une efficacité améliorée

La cristallisation incontrôlée de la pérovskite limite les performances des cellules solaires. Zhou et al. y remédient grâce à des interactions aromatiques entre des sels d'ammonium naphtaléniques et des naphtalènesulfonates, obtenant une efficacité améliorée dans les cellules et les modules.

Liaison et libération en équilibre

L'intégration de la capture et de la conversion électrochimique du CO2 peut réduire la consommation d'énergie par rapport aux processus séparés, mais la mise à l'échelle est limitée par une faible conversion du carbone et une régénération de solvant énergivore. Désormais, des recherches montrent que la pipérazine, associée à un catalyseur à atome unique de Ni, permet une capture et une conversion efficaces et stables du CO2 en CO dans un processus à faible consommation d'énergie.

Remplacement des membranes par des séparateurs

L'électrolyse du monoxyde de carbone a le potentiel de décarboniser la production de produits chimiques et de carburants, mais son adoption généralisée nécessite une réduction des coûts. Désormais, un appareil d'électrolyse utilisant un séparateur au lieu d'une membrane permet une production d'éthylène à haut débit avec une faible consommation d'électricité.

Surmonter les limites de haute tension dans les batteries tout solides avec une couche de blindage à base de fluorure

L'instabilité de la tension des matériaux de batterie a entravé la réalisation de batteries tout solides (ASSB) à haute tension. Désormais, les ASSB de classe 5 V sont rendues possibles par une couche de blindage à base de fluorure, LiCl–4Li2TiF6, qui combine une stabilité oxydative élevée et une conductivité des ions Li+. Appliquée aux cathodes à haute tension, la couche de blindage atténue la dégradation interfaciale et permet un cyclage stable à plus de 5 V, y compris dans des conditions de haute capacité.

Batteries lithium tout solide de haute capacité de classe cinq volts

La réalisation de batteries >5 V est entravée par l'instabilité des électrolytes. Ici, une couche de blindage fluoré, LiCl-4Li2TiF6, permet des batteries tout état solide à haute tension et haute capacité en raison de sa stabilité oxydative combinée et de sa conductivité Li+.

Électrolyseurs CO avec 51% d'efficacité énergétique vers C2+ utilisant des séparateurs poreux

La réduction électrochimique du COx en produits multi-carbone est entravée par une faible efficacité énergétique, en partie due au transport lent des ions à travers les membranes sélectives en charge utilisées dans les électrolyseurs. Ici, les auteurs utilisent un séparateur poreux non sélectif en charge qui améliore le transport des ions et les performances de l'électrolyse du CO.

Apporter la déformabilité au lithium métal

La formation de vides entre la couche d'électrolyte solide et l'électrode constitue un obstacle critique au fonctionnement à long terme des batteries à état solide. Désormais, une phase métallique électrochimiquement inactive mais mécaniquement souple est intégrée à l'anode en lithium métal, ce qui préserve le contact électrique et permet un fonctionnement fiable dans des conditions de cellule pratiques.

Le rebond de confort des pompes à chaleur et leur impact sur le comportement de refroidissement des ménages et la sécurité énergétique

Les foyers américains équipés de pompes à chaleur commencent à se refroidir plus tôt, et cette adoption réduit les disparités de refroidissement basées sur le revenu. Les pompes à chaleur aident à atténuer l'insécurité énergétique, rendent l'énergie plus abordable et rendent les maisons plus confortables.

Les pompes à chaleur peuvent contribuer à atténuer l'insécurité énergétique résidentielle aux États-Unis.

Aux États-Unis, les ménages équipés de pompes à chaleur ont tendance à climatiser leur logement plus tôt, et cette adoption contribue à réduire les disparités de consommation de climatisation basées sur le revenu. Les pompes à chaleur peuvent aider à atténuer l'insécurité énergétique résidentielle et contribuer à rendre l'énergie plus abordable et les logements plus confortables, surtout en été.

Cristallisation en deux étapes modulée par l'acénaphtène permettant des cellules solaires organiques binaires à 21 % et un facteur de remplissage de 83,2 %

L'optimisation de la cristallisation des matériaux actifs dans les cellules solaires organiques est un défi. Fu et al. utilisent un additif à base d'acénaphtène pour induire une cristallisation en deux étapes de l'accepteur non-fullerène, atteignant une efficacité de conversion de puissance certifiée de 20,5 %.

Augmentation de l'efficacité des cellules solaires organiques binaires grâce à un processus de cristallisation en deux étapes

Le contrôle de la morphologie de la couche active dans les cellules solaires organiques (CSO) est difficile. Désormais, il est démontré que l'acénaphtène induit la cristallisation en deux étapes des accepteurs non-fullerènes pour obtenir un arrangement hautement orienté. L'amélioration résultante des propriétés de transport de charge permet une CSO binaire avec une efficacité de 21 % et un facteur de remplissage de 83,2 %.

Une vision plus large de l'énergie

Bien que centrales dans le mix énergétique mondial, certaines technologies comme l'énergie nucléaire reçoivent comparativement peu d'attention dans Nature Energy. Nous visons à refléter la diversité de l'innovation qui anime la transition énergétique, y compris les avancées critiques dans la conception et l'ingénierie des systèmes qui rendent ces technologies possibles.

Module solaire en kesterite traité en solution avec une efficacité certifiée de 10,1 %

Le passage à l'échelle des cellules photovoltaïques à base de kesterite est difficile et entraîne de faibles performances. Xiang et al. ajustent le rapport thiourée/précurseur métallique pour améliorer la morphologie du film de kesterite, atteignant un rendement de conversion énergétique certifié de 10,1 % dans des modules de 10,48 cm2.

Conception d'électrolyte axée sur l'affinité

Une théorie quantitative basée sur l'affinité cation-solvant et anion-solvant a été développée pour élucider la microstructure de solvatation des électrolytes. Ce cadre unifié peut prédire simultanément la structure des électrolytes, les propriétés de transport et le comportement interfacial. Ainsi, le cadre fournit une plateforme de conception spécifique au solvant pour le développement d'électrolytes haute performance.

Épuration tandem à l'amine et électrolyse du CO2 via la réduction directe du carbamate de pipérazine

L'intégration de la capture de CO2 et de la conversion électrochimique évite le rejet thermique de CO2 et pourrait ainsi potentiellement réduire l'énergie nécessaire pour fabriquer des produits utiles à partir de CO2, mais le choix des composants optimaux du système reste difficile. Ici, les auteurs utilisent la pipérazine avec un catalyseur au nickel pour la capture et obtiennent un rendement énergétique élevé et une production stable de CO.

Des configurations de divertor alternatives améliorent le contrôle de l'évacuation de la puissance de fusion

Façonner la configuration magnétique dans la région d'échappement de puissance apporte des avantages majeurs pour relever le défi du contrôle de l'échappement de puissance dans la fusion nucléaire. Le contrôle de l'échappement de puissance dans ces configurations alternatives est désormais démontré dans l'expérience de fusion nucléaire MAST-U, offrant une capacité accrue à absorber passivement les perturbations.

Additif solide non volatil 4-(N-carbazolyl)pyridine pour cellules solaires à pérovskite avec une stabilité thermique et opérationnelle améliorée

Les additifs utilisés dans les couches de transport de charge des cellules solaires à pérovskite contribuent à la dégradation des dispositifs pendant leur fonctionnement. Kim et al. rapportent maintenant un additif non volatil à l'état solide, le 4-(N-carbazolyl)pyridine, qui améliore la stabilité thermique et opérationnelle des dispositifs.

Peindre les villes humides en frais

Les peintures radiatives passives refroidissent les bâtiments sans apport d'énergie, mais ne fonctionnent pas bien dans les environnements humides et sur les surfaces verticales. Désormais, des chercheurs annoncent une peinture durable à base de ciment qui intègre des mécanismes de refroidissement radiatif et évaporatif, permettant un refroidissement efficace sur les surfaces verticales dans les climats humides tout en conservant la résistance mécanique et l'adhérence au substrat nécessaires aux applications immobilières réelles.

Condensateurs composites polymères haute température à haute densité énergétique conçus par apprentissage automatique

Les diélectriques polymères sont essentiels pour les condensateurs dans les applications énergétiques, mais difficiles à améliorer pour les hautes températures. Ce travail utilise l'intelligence artificielle pour concevoir des charges avec une large bande interdite et une forte affinité, permettant des composites de polyimide durables et à haute énergie pour les environnements difficiles.

Abandonner le nickel pour le manganèse

Les véhicules électriques reposent sur des batteries qui utilisent des éléments comme le nickel et le cobalt, généralement extraits par l'exploitation minière, ce qui soulève des préoccupations écologiques et éthiques. Désormais, une nouvelle conception de cathode remplace 35 % du nickel par du manganèse abondant, ce qui réduit la demande en matières premières sans compromettre la densité énergétique ni la durée de vie.

Démonstration du contrôle de l'échappement du divertor Super-X pour la gestion des charges thermiques transitoires dans les réacteurs à fusion compacts

Gérer l'échappement de puissance dans les réacteurs à fusion est un défi majeur, en particulier dans les conceptions compactes pour une énergie commerciale rentable. Cette étude montre comment des configurations de divertor alternatives améliorent le contrôle de l'échappement, améliorent la stabilité, absorbent les transitoires et permettent une régulation indépendante du plasma.

Conception d'une épaisseur isotrope pour des batteries Na à l'état solide stables à 4,2 V

Les batteries à l'état solide au sodium à haute tension souffrent souvent d'une perte de capacité due à des réactions internes néfastes. En ajoutant une couche protectrice uniforme à la cathode, cette étude améliore considérablement leur stabilité - conservant 77,9 % de la capacité après 1 500 cycles - et se montre prometteuse pour le développement de batteries à haute énergie et plus durables.

Courants de dépôt élevés sans dendrites à l'interface entre une anode au lithium et un électrolyte solide

Des courants de dépôt élevés sont atteints dans les batteries à l'état solide sans dendrites en densifiant le Li6PS5Cl, la modélisation montrant comment des changements microstructuraux spécifiques augmentent la densité de courant critique.

Apprivoiser l’agglomération inorganique aux interphases

Les longs temps de charge restent une limitation critique pour les batteries au lithium métal de pointe. Aujourd’hui, la conception d’un électrolyte inhibe l’agglomération inorganique dans les interphases d’électrolytes solides, libérant ainsi des capacités de charge rapide dans les batteries au lithium métal à haute densité d’énergie.

Covariance des propriétés interphasiques et de la chargeabilité rapide des batteries au lithium métal à forte densité énergétique

Les batteries au lithium métal offrent une densité d'énergie élevée pour les véhicules électriques, mais sont confrontées à des défis pour la charge rapide. Cette étude examine les électrolytes à base de pyran contenant divers anions substitués, révélant que les anions faiblement associés à Li+ améliorent les performances de charge rapide.

Une cellule d’écoulement hybride pour une capture directe de l’air facilitée par l’oscillation du pH

Un balancement de pH induit électrochimiquement peut faciliter la capture directe de l'air à température ambiante ; cependant, l'efficacité énergétique est compromise par l'oxydation des molécules organiques à activité redox. Une cellule hybride à écoulement qui isole spatialement les matériaux sensibles à l'oxygène de l'air permet une capture stable de CO2 à partir de courants de gaz contenant de l'oxygène avec une faible demande d'énergie.

Impact des dopants au lithium dans les couches de transport de trous sur la stabilité des cellules solaires à pérovskite sous le cycle jour-nuit

Le dopage au lithium dans le spiro-OMeTAD affecte négativement les performances à long terme des cellules solaires à pérovskite. Qin et son équipe cartographient le mécanisme de dégradation lors de cycles de tension répétés et expliquent comment les dopants sans lithium améliorent la stabilité.

Stabilité par suressaturation

Alors que la demande de batteries à haute énergie augmente, pousser les tensions de cathode à des tensions plus élevées déclenche souvent une dégradation rapide. Maintenant, une stratégie de co-dopage crée une couche de surface métallique ultramine sur des matériaux de cathode avancés, les aidant à maintenir leurs performances à des tensions élevées.

Une "stratégie universelle de passivation"

La passivation des défauts de surface des pérovskites est cruciale pour obtenir des cellules solaires à pérovskite à haute performance et stabilité, mais les stratégies universelles restent insaisissables. Maintenant, une stratégie de passivation est développée qui a une large fenêtre de traitement et montre une applicabilité à diverses compositions de pérovskite et architectures de dispositifs.

Réactions à la surface du grain

La performance des cellules solaires à pérovskite avec des électrodes en carbone mésoscopiques est limitée par un transport de charge inefficace et une accumulation de charge aux interfaces. Désormais, en faisant réagir du diisocyanate d'hexaméthylène avec des cations organiques à la surface des grains de pérovskite et en passant les défauts, une efficacité de 23,2 % peut être atteinte dans des dispositifs de petite surface.

Cathode à couches riches en manganèse à déformation nulle pour batteries de nouvelle génération durables et à haute énergie

Les chimies de batteries riches en nickel soulèvent des inquiétudes quant au coût, au risque d'approvisionnement et à l'impact environnemental. Un nouveau design réduit l'utilisation de nickel de plus d'un tiers, le remplaçant par du manganèse plus abondant - sans sacrifier les performances.

Capture direct de CO2 dans une cellule de flux hybride électrochimique avec une électrode de phénazine isolée spatialement

La capture de CO2 électrochimique est entravée par l'oxydation de molécules organiques rédox-actives par O2, affectant l'efficacité énergétique et la capacité. Ici, les auteurs développent une cellule à écoulement dans laquelle les composants sensibles à O2 sont isolés de O2, atteignant une efficacité coulombique de 99% avec des exigences énergétiques faibles.

Couplage oxydatif photocatalytique du méthane aux hydrocarbures C3+ via des microenvironnements confinés dans des nanopores

Le méthane peut être converti en d'autres produits chimiques et carburants utiles via le couplage oxydatif photocatalytique, mais produire des molécules avec plus de deux atomes de carbone reste difficile. Ici, les auteurs montrent que de l'or (Au) très tendu confiné dans les nanopores de TiO2 peut convertir le méthane en propane avec une sélectivité élevée.

Interfaces inertes de basse dimensionnalité pour cellules solaires à pérovskite

Une stratégie de croissance sélective par templating permet d'accéder à une classe précédemment inaccessible d'interfaces chimiquement inertes de faible dimension (CI LD) pour la protection de la pérovskite tridimensionnelle (3D) sous-jacente dans les cellules solaires à pérovskite (PSC). Des prototypes de PSC 3D/CI LD de 1 cm2 atteignent une efficacité de plus de 25 % et présentent une grande stabilité opérationnelle et thermique.

L'importance critique de la pression de pile dans les batteries

La pression de pile joue un rôle critique dans les performances de la batterie, influençant le comportement électrochimique, l'intégrité des matériaux et l'efficacité du système. Les auteurs analysent les données de pression de pile existantes et établissent des relations entre la pression de pile et les performances de la batterie pour fournir des insights pour améliorer la conception et l'efficacité de la batterie.

Paradigme d'affinité unifiée pour la conception rationnelle d'électrolytes de lithium métal à haute efficacité

La conception des électrolytes est clé pour les batteries au lithium métal à haute énergie, mais les liens entre la structure et les performances sont difficiles à prévoir. Un cadre utilisant l'affinité normalisée cation/anion-solvant permet une prédiction quantitative de la microstructure, du transport et de l'interphase, entraînant des performances exceptionnelles.

Les cathodes monocristallines à ultra-haute teneur en Ni à liaison de phase intralattice suppriment l'évolution de la déformation

Les cathodes riches en nickel monocristallines améliorent la stabilité mécanique, mais souffrent de longs chemins de diffusion et de contraintes structurelles. Cette étude présente un design à liaison intraréseau qui atteint une dégradation quasi nulle et des performances de cyclage exceptionnelles.

Amélioration des cellules solaires pérovskites mésoscopiques imprimables sans conducteur de trous par traitement post-fabrication via une réaction électrophile

Les cellules solaires pérovskites mésoscopiques imprimables sont une conception de dispositif prometteuse, mais leur efficacité est limitée par la collecte de charge. Ma et al. utilisent de l'hexaméthylène diisocyanate pour éliminer les cations organiques n'ayant pas réagi aux joints de grains, améliorant ainsi la collecte des trous.

Dépasser le seuil du kilowatt

Le refroidissement élastocalorique est une alternative prometteuse aux systèmes conventionnels à compression de vapeur, mais une puissance de refroidissement plus importante est nécessaire pour une utilisation pratique. Désormais, une série d'optimisations de conception a produit un système élastocalorique fournissant une puissance de refroidissement à l'échelle du kilowatt, une étape importante vers le refroidissement pratique à l'état solide.