Ученые разработали улучшенную батарею окислительно-восстановительного действия

Ученые USC разработали новую батарею, которая может решить проблему хранения электроэнергии, ограничивающую широкое использование возобновляемых источников энергии.

Эта технология - новое воплощение известной конструкции, которая накапливает электричество в растворах, сортирует электроны и высвобождает энергию, когда это необходимо. Так называемые окислительно-восстановительные батареи уже давно существуют, но исследователи USC создали лучшую версию, основанную на недорогих и легкодоступных материалах.

Окислительно-восстановительные батареи

"Мы продемонстрировали недорогую, долговечную, безопасную и экологичную проточную батарею, привлекательную для массового хранения энергии из солнечных и ветровых энергосистем", - говорит профессор химии Шри Нараян (Sri Narayan), ведущий автор исследования и соруководитель Локерского научно-исследовательского института углеводородов при Университете штата Калифорния.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Исследование было опубликовано сегодня в журнале Journal of the Electrochemical Society.

Накопление энергии является большим препятствием для использования возобновляемых источников энергии, поскольку спрос на электроэнергию не всегда совпадает с тем, когда вращаются ветряные турбины или солнечный свет попадает на солнечные батареи. Поиск жизнеспособного решения по хранению энергии сталкивается с многочисленными трудностями, и именно эту проблему пытались решить ученые USC.

Они сосредоточились на окислительно-восстановительной батарее, потому что она является проверенной технологией, но до сих пор применялась в ограниченных областях. Она использует жидкости для хранения электрохимической энергии, сортировки электронов и рекомбинации путем восстановления и окисления, а также их высвобождения для производства электроэнергии, когда это необходимо.

Ключевое нововведение, достигнутое учеными USC, заключается в использовании различных жидкостей: раствор сульфата железа и кислоты. Сульфат железа является отходами горнодобывающей промышленности; он распространен и недорог. Антрахинондисульфоновая кислота (AQDS) - это органический материал, уже используемый в некоторых окислительно-восстановительных батареях, благодаря своей стабильности, растворимости и потенциалу аккумулирования энергии.

Хотя эти два соединения хорошо известны по отдельности, это первый раз, когда они были объединены, чтобы доказать потенциал для крупномасштабного хранения энергии. Испытания в лаборатории USC доказали, что батарея имеет большие преимущества перед конкурентами.

Например, сульфат железа стоит дешево и он есть в изобилии - за 10 центов можно купить около 2,2 фунтов, в то время как крупномасштабное производство AQDS обойдется примерно в 1,60 доллара за фунт. При таких ценах материальные затраты на батареи, разработанный учеными USC, обойдутся в $66 за киловатт-час; в случае масштабного производства электричество будет стоить меньше половины энергии, получаемой от окислительно-восстановительных батарей, использующих ванадий, который является более дорогим и токсичным.

Кроме того, в ходе испытаний, проведенных в USC, ученые обнаружили, что батарея "железо-AQDS" может циклически перезаряжаться или перезаряжаться сотни раз практически без потерь энергии, в отличие от конкурирующих технологий. Долговечность для систем хранения энергии важна для крупномасштабного использования.

"Разработанные материалы отличаются высокой устойчивостью", - сказала Сурья Пракаш, соавтор исследования и директор Института Локера, сотрудничающий с командой Нараяна в разработке новых органических хинонов. "AQDS может производиться из любого углеродного сырья, включая углекислый газ". Железо - это земной нетоксичный элемент".

Технология также имеет преимущества по сравнению с хранением литий-ионных батарей. Распространение потребительской электроники и электромобилей, питающихся от литий-ионных батарей, создает дефицит этого элемента, что ведет к увеличению расходов. В свою очередь, такая экономика делает более привлекательными другие, менее дорогостоящие варианты хранения энергии, говорится в исследовании. Кроме того, литий-ионные батареи не так долго служат из-за подзарядки, как известно большинству тех, кто заряжает мобильные телефоны и ноутбуки.

"... Потоковая аккумуляторная система железо-AQDS представляет собой хорошую перспективу для одновременного удовлетворения высоких требований к стоимости, долговечности и масштабируемости для крупномасштабного хранения энергии", - говорится в исследовании.

Использование возобновляемых источников энергии растет, но в то же время ограничено в связи с ограничениями по хранению энергии. Хранение всего 20% современной солнечной и ветровой энергии требует резервной мощности в 700 гигаватт-часов. Одного гигаватт-часа достаточно для того, чтобы обеспечить электроэнергией около 700 000 домов в час.

"На сегодняшний день не существует экономически жизнеспособного, экологически чистого решения для хранения энергии, которое могло бы существовать в течение 25 лет. Литий-ионные батареи не имеют длительного срока службы, а в основе ванадиевых батарей лежат дорогие, относительно токсичные материалы, ограничивающие крупномасштабное использование. Наша система - это ответ на этот вызов. Мы предполагаем, что эти батареи будут использоваться в жилых, коммерческих и промышленных зданиях для улавливания возобновляемой энергии", - сказал Нараян. опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet