Anonim

Nytt strømningsbatteri forventes å koste 60% mindre enn eksisterende standard

Energi

Richard Moss

23. desember 2015

4 bilder

En ny strømningsbatteri-teknologi forventes å koste vesentlig mindre og være bedre for miljøet takket være de organiske vannbaserte elektrolyttene, som vist her i en liten demonstrasjon av PNNL-forsker Xiaoliang Wei (Kreditt: Pacific Northwest National Laboratory)

En ny organisk vandig strømbatteri-teknologi lover å drastisk redusere kostnadene og bærekraftigheten i å kjøre energilagringssystemer. Teknologien, som ble utviklet ved Pacific Northwest National Laboratory, bruker lavpris og bærekraftig syntetiserte molekyler i stedet for de vanlige råmetallene, og kan ettermonteres til eksisterende batterier.

Strømbatteriene varierer i både form og funksjon til de mer vanlige litiumionbatterier. De lagrer sine aktive kjemikalier - væskeelektrolytter - i to eksterne tanker. For å generere strøm, pumpes disse væskene inn i en sentral stabel med to elektroder som separeres av en membran. De bytter ioner over denne membranen, og dette genererer strøm. For å lagre strøm, er prosessen omvendt.

Flowbatterier er sikrere og mer skalerbare enn litiumionbatterier, og de kan tåle høyere temperaturer eller tomgangsløsninger, noe som gjør dem godt egnet til å lagre og frigjøre energien produsert av fornybar energi som solcellepaneler og vindturbiner - spesielt i hjem.

Forholdet er at standard elektrolytmaterialer er vanadium og bromid, som er dyre, farlige og giftige råmetaller. Nesten 79 prosent av eksisterende strømningsbatterier holder seg til denne standarden.

Men PNNL-forskerne mener at deres nye organiske elektrolytter (metylviologen som anolyte og 4-hydroksy-2, 2, 6, 6-tetrametylpiperidin-1-oksyl som katolyt, pluss natriumklorid for å muliggjøre utslipp) kunne bli en ny standard. De forventer et strømningsbatteri med det nye designet til å koste USD 180 per kilowatt-time, som er rundt 60 prosent mindre enn et typisk vanadiumbasert strømningsbatteri. De nye vannbaserte væskelektrolyttene har også blitt utformet som en drop-in erstatning for nåværende systemer, slik at det ikke er nødvendig å erstatte eksisterende infrastruktur.

Forskerne testet teknologien i et lite, 600 milliwatt batteri. Det var stabilt i 100 sykluser med nesten 100 prosent effektivitet ved nåværende tettheter i området 20 til 100 mA per kvadratcentimeter, med optimal ytelse vurdert til 40-50 MA per kvadratcentimeter - hvorav ca 70 prosent av batteriet Den opprinnelige spenningen ble beholdt.

De planlegger nå å lage en større testversjon som kan støtte toppbelastningen til et typisk amerikansk hjem (opptil fem kilowatt). Forskerne prøver også å øke sykkelen slik at batteriet kan beholde lagringskapasiteten i lengre tid uten å erstatte elektrolyttene.

Den nye designen vil møte konkurranse fra et nytt nytt barn i blokken også. Harvard-forskere har nylig utviklet et like-bærekraftig strømningsbatteri som bruker kinoner - naturlig forekommende kjemikalier involvert i fotosyntese - og ferrocyanid - vanligvis brukt som mattilsetning eller gjødsel. Harvard-batteriet har sammenlignbar effektivitet og en lengre syklingstid enn den nye PNNL-konstruksjonen, men den har lavere energitetthet.

Den nye teknologien er beskrevet mer detaljert i et papir publisert i tidsskriftet Advanced Energy Materials.

Kilde: Pacific Northwest National Laboratory

PNNLs all-organiske, vandige strømningsbatteri bruker to billige og lett tilgjengelige elektrolytter, en som inneholder metylviologen og en annen med 4-HO-TEMPO (Kreditt: Pacific Northwest National Laboratory)

PNNLs all-organiske, vandige strømningsbatteri bruker to billige og lett tilgjengelige elektrolytter, en som inneholder metylviologen og en annen med 4-HO-TEMPO (Kreditt: Pacific Northwest National Laboratory)

En ny strømningsbatteri-teknologi forventes å koste vesentlig mindre og være bedre for miljøet takket være de organiske vannbaserte elektrolyttene, som vist her i en liten demonstrasjon av PNNL-forsker Xiaoliang Wei (Kreditt: Pacific Northwest National Laboratory)

Et diagram som viser hvordan strømbatterier fungerer mens de lades. Elektrolytter pumpes fra de ytre tankene inn i en sentral stabel hvor de skilles av en membran. Ioner passerer gjennom membranen, forårsaker elektrokjemiske reaksjoner og genererer elektrisitet (Kreditt: Pacific Northwest National Laboratory)

Anbefalt Redaksjonens