Leah Burrows
Credit: Χάρβαρντ John A. Paulson Σχολή Μηχανικής και Εφαρμοσμένων Επιστημών
Ερευνητές από το Χάρβαρντ John A. Paulson Σχολή Μηχανικής και Εφαρμοσμένων Επιστημών (SEAS) έχουν αναπτύξει μια νέα μπαταρία ροής που αποθηκεύει την ενέργεια σε οργανικά μόρια διαλύονται σε ουδέτερο pH του νερού. Αυτή η νέα χημεία επιτρέπει μία μη-τοξικό, μη-διαβρωτικό μπαταρία με εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια ζωής και προσφέρει τη δυνατότητα να μειώσει σημαντικά το κόστος παραγωγής.
Η έρευνα, που δημοσιεύεται στο ACS Ενέργειας Letters , οδηγήθηκε από τον Michael Αζίζ, ο Gene και Tracy Sykes καθηγητής Υλικών και Ενέργειας Τεχνολογίες και Roy Gordon, τον Thomas Dudley Cabot Καθηγητής Χημείας και ο καθηγητής της Επιστήμης των Υλικών.
Ροή μπαταρίες αποθήκευσης ενέργειας σε υγρά διαλύματα στις εξωτερικές δεξαμενές-το μεγαλύτερο των δεξαμενών, η περισσότερη ενέργεια που αποθηκεύουν. μπαταρίες ροής είναι μια πολλά υποσχόμενη λύση αποθήκευσης για τις ανανεώσιμες πηγές, διαλείπουσα ενέργειας, όπως η αιολική και η ηλιακή, αλλά οι μπαταρίες ροής του σήμερα υποφέρουν συχνά υποβαθμισμένη ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας μετά από πολλούς κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης, που απαιτούν περιοδική συντήρηση του ηλεκτρολύτη για την αποκατάσταση της ικανότητας.
Τροποποιώντας τις δομές των μορίων που χρησιμοποιούνται στις θετικές και αρνητικές διαλύματα ηλεκτρολυτών, και καθιστώντας τα υδατοδιαλυτό, η ομάδα του Χάρβαρντ ήταν σε θέση να κατασκευάσει μια μπαταρία που χάνει μόνο το ένα τοις εκατό της χωρητικότητας του ανά 1000 κύκλους.
"Λιθίου μπαταρίες ιόντων δεν επιβιώνουν ακόμη και 1000 πλήρεις κύκλους φόρτισης / αποφόρτισης," δήλωσε ο Αζίζ.
«Επειδή ήμασταν σε θέση να διαλύσουν τους ηλεκτρολύτες σε ουδέτερο νερό, αυτό είναι μια μπαταρία μεγάλης διάρκειας που θα μπορούσατε να βάλετε στο υπόγειό σας," είπε ο Γκόρντον. "Αν χυθεί στο πάτωμα, δεν θα φάει το σκυρόδεμα και δεδομένου ότι το μέσο είναι μη διαβρωτικό, που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε φθηνότερα υλικά για την κατασκευή των συστατικών των μπαταριών, όπως οι δεξαμενές και τις αντλίες."
Αυτή η μείωση του κόστους είναι σημαντική. Το Υπουργείο Ενέργειας (DOE) έχει θέσει ως στόχο της οικοδόμησης μιας μπαταρίας που μπορεί να αποθηκεύσει ενέργεια για λιγότερο από $ 100 ανά κιλοβατώρα, που θα καθιστούσε αποθηκεύονται αιολική και η ηλιακή ενέργεια ανταγωνιστική με την ενέργεια που παράγεται από τις παραδοσιακές μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
"Εάν μπορείτε να πάρετε οπουδήποτε κοντά σε αυτό το στόχο κόστους τότε θα αλλάξει τον κόσμο", δήλωσε ο Αζίζ. "Γίνεται αποδοτικό να βάλουν τις μπαταρίες σε τόσα πολλά μέρη. Η έρευνα αυτή μας βάζει ένα βήμα πιο κοντά στην επίτευξη αυτού του στόχου."
«Το έργο αυτό σε υδατικό διαλυτό οργανικό ηλεκτρολύτες είναι υψηλής σημασίας να δείξει το δρόμο προς το μέλλον μπαταρίες με σημαντικά βελτιωμένη κύκλο ζωής και σημαντικά χαμηλότερο κόστος», δήλωσε ο Imre Gyuk, Διευθυντής της Ενεργειακής Έρευνας αποθήκευσης στο Γραφείο του ηλεκτρικού ρεύματος του DOE. «Περιμένω ότι η αποτελεσματική, μπαταρίες ροής μακράς διάρκειας θα γίνει πρότυπο, ως μέρος της υποδομής του ηλεκτρικού δικτύου."
Το κλειδί για το σχεδιασμό της μπαταρίας για πρώτη φορά να καταλάβω γιατί τα προηγούμενα μόρια εξευτελιστική τόσο γρήγορα σε ουδέτερα διαλύματα, δήλωσε ο Eugene Beh, ένας μεταδιδακτορικός συνεργάτης και πρώτος συγγραφέας του χαρτιού. Με το πρώτο εντοπισμό πώς το μόριο βιολογόνο στον αρνητικό ηλεκτρολύτη ήταν σε αποσύνθεση, Beh ήταν σε θέση να τροποποιήσει τη μοριακή δομή της, για να γίνει πιο ανθεκτική.
Στη συνέχεια, η ομάδα στράφηκε προς σιδηροκενίου, ένα μόριο γνωστό για ηλεκτροχημικές ιδιότητες, για το θετικό ηλεκτρολύτη.
"Σιδηροκενικά είναι μεγάλη για την αποθήκευση φορτίου, αλλά είναι εντελώς αδιάλυτη στο νερό,» είπε ο Beh. "Έχει χρησιμοποιηθεί σε άλλες μπαταρίες με οργανικούς διαλύτες, τα οποία είναι εύφλεκτα και ακριβά."
Αλλά με λειτουργοποίηση μόρια φερροκενίου με τον ίδιο τρόπο όπως και με το βιολογόνο, η ομάδα ήταν σε θέση να μετατρέψει ένα αδιάλυτο μόριο σε ένα υψηλά διαλυτό μία που θα μπορούσε επίσης να εναλλάσσονται σταθερά.
"Υδατοδιαλυτό φερροκενίων αντιπροσωπεύουν μια ολόκληρη νέα κατηγορία μορίων για τις μπαταρίες ροής", δήλωσε ο Αζίζ.
Το ουδέτερο ρΗ θα πρέπει να είναι ιδιαίτερα χρήσιμη στη μείωση του κόστους της επιλεκτικής των ιόντων μεμβράνης που χωρίζει τις δύο πλευρές της μπαταρίας. Οι περισσότερες μπαταρίες ροής σήμερα χρησιμοποιούν ακριβά πολυμερή που μπορούν να αντέξουν το επιθετικό χημεία στο εσωτερικό της μπαταρίας. Μπορούν να αντιπροσωπεύουν έως και το ένα τρίτο του συνολικού κόστους της συσκευής. Με ουσιαστικά το αλμυρό νερό και στις δύο πλευρές της μεμβράνης, ακριβά πολυμερή μπορούν να αντικατασταθούν από φθηνά υδρογονάνθρακες.
Η έρευνα αυτή συνέγραψε από Diana De Porcellinis, Rebecca Gracia, και Kay Xia. Ήταν υποστηρίζεται από το Γραφείο του ηλεκτρικού ρεύματος Παράδοση και Ενέργειας Αξιοπιστία του DOE και από το DOE το Advanced Research Projects Οργανισμού-Ενέργειας.
Με τη βοήθεια από το Γραφείο του Χάρβαρντ της Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΟΤΔ), οι ερευνητές εργάζονται με διάφορες εταιρείες για να αναβαθμίσουν την τεχνολογία για βιομηχανικές εφαρμογές και για τη βελτιστοποίηση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ της μεμβράνης και του ηλεκτρολύτη. Χάρβαρντ OTD έχει καταθέσει ένα χαρτοφυλάκιο των εκκρεμών διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας για καινοτομίες στην τεχνολογία των μπαταριών ροής.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου
skaleadis