Photo credit: GabrielleMerk. Wikimedia.org (foto # 46)

'N nuwe water-gebaseerde battery kan 'n goedkoop manier bied om wind of sonkrag vir later te berg, sê navorsers.

Die battery stoor energie wat gegenereer word wanneer die son skyn en die wind waai sodat dit weer in die elektriese rooster ingevoer kan word en herverdeel word wanneer die vraag hoog is.

Die prototipe mangaan-waterstof battery, aangemeld in natuur Energie, staan ​​net drie sentimeter lank en genereer 'n blote 20 milliwatt-uur elektrisiteit, wat gelyk is aan die energievlakke van LED-flitse wat op 'n sleutelring hang.

Ten spyte van die kleiner uitsette van die prototipe, is die navorsers vol vertroue dat hulle hierdie tafeltegnologie kan opgradeer na 'n industriële graadstelsel wat tot 10,000-tye kan laai en oplaai, wat 'n roosterbattery met 'n nuttige lewensduur kan skep wat goed is as 'n dekade.

Yi Cui, 'n professor in materiaalwetenskap aan die Stanford Universiteit en senior skrywer van die koerant, sê mangaan-waterstof battery tegnologie kan een van die ontbrekende stukke in die land se energie-legkaart wees - 'n manier om onvoorspelbare wind of sonkrag te stoor om te verminder die behoefte om betroubare, maar koolstof-emitterende fossielbrandstowwe brand te verbrand wanneer die hernubare bronne nie beskikbaar is nie.

"Wat ons gedoen het, word 'n spesiale sout in water gegooi, in 'n elektrode laat val, en 'n omkeerbare chemiese reaksie geskep wat elektrone in die vorm van waterstofgas bevat," sê Cui.

Slim chemie

Wei Chen, 'n postdoctorale geleerde in Cui se laboratorium, het die span gelei wat die konsep gedroom het en die prototipe gebou het. In wese het die navorsers 'n omkeerbare elektroniese uitruiling tussen water en mangaansulfaat, 'n goedkoop, oorvloedige industriële sout wat gebruik word om droëselbatterye, kunsmis, papier en ander produkte te vervaardig, aangewakker.

Om na te boots hoe 'n wind- of sonkragbron krag in die battery kan voer, het die navorsers 'n kragbron aan die prototipe geheg. Die elektrone wat vloei in reageer met die mangaansulfaat wat in die water opgelos is om deeltjies van mangaandioksied te hou wat aan die elektrodes vasklou. Oormaat elektrone geborrel soos waterstofgas, wat die energie stoor vir toekomstige gebruik.

Ingenieurs weet hoe om elektrisiteit te herbou uit die energie wat in waterstofgas gestoor word, sodat die belangrike volgende stap was om te bewys dat hulle die waterbattery kan herlaai.

Die navorsers het dit gedoen deur hul kragbron weer te koppel aan die uitgeputte prototipe, hierdie keer met die doel om die mangaandioksieddeeltjies vas te bind wat aan die elektrode vasklou om met water te kombineer en die mangaansulfaatsout op te vul. Sodra hierdie proses die sout herstel het, het inkomende elektrone surplus geword, en oormaat krag kon uitblaas as waterstofgas, in 'n metode wat herhaaldelik herhaal kan word.

Cui skat dat dit, gegewe die waterbattery se verwagte lewensduur, 'n pennie sou kos om genoeg elektrisiteit te stoor om 'n 100-watt-gloeilamp vir twaalf uur aan te dryf.

"Ons glo dat hierdie prototipe tegnologie in staat sal wees om die Departement van Energie-doelwitte te bereik vir nutskaal-elektriese stoorpraktisyns," sê Cui.

Die Departement van Energie (DvO) het aanbeveel dat batterye vir die berging van roosters opslaan en dan ten minste 20 kilowattekrag oor 'n tydperk van 'n uur stoor en dan ten minste 5,000-herlaadings kan gebruik, en 'n bruikbare lewensduur van 10-jare kan hê. meer. Om dit prakties te maak, moet so 'n batterystelsel $ 2,000 of minder kos, of $ 100 per kilowattuur.

Voormalige DvO-sekretaris en Nobelpryswenner Steven Chu, nou 'n professor in Stanford, het 'n lang belangstelling in die aanmoediging van tegnologie om die nasie te help om oor te skakel na hernubare energie.

"Hoewel die presiese materiaal en ontwerp nog ontwikkelings nodig het, demonstreer hierdie prototipe die tipe wetenskap en ingenieurswese wat nuwe maniere voorstel om lae koste, langdurige, nutskaalbatterye te behaal," sê Chu, wat nie lid was van die navorsingspan.

Die krag van die rooster

Volgens die raming van die DOE word ongeveer 70 persentasie van Amerikaanse elektrisiteit gegenereer deur steenkool- of aardgasaanlegte, wat verantwoordelik is vir 40 persent van koolstofdioksiedemissies. Die verskuiwing van wind en sonopwekking is een manier om daardie uitstoot te verminder. Maar dit skep nuwe uitdagings wat die veranderlikheid van die kragbron insluit. Natuurlik skyn die son net oor die dag en soms blaas die wind nie.

Maar 'n ander minder verstaanbare maar belangrike vorm van veranderlikheid kom van die vraag na die rooster. Dit netwerk van hoëspanningskabels wat elektrisiteit oor streke en uiteindelik na huise versprei. Op 'n warm dag, wanneer mense by die huis kom en die lugversorging afskakel, moet nutsdienste vragbalanseringstrategieë hê om die piekvraag te bereik: een of ander manier om kragopwekking binne minute te verbeter om bruin of swart stroomafwykings te vermy wat andersins die rooster kan afbreek .

Vandag, utilities gerealiseer dit dikwels deur op-aanvraag of "versendbare" kragstasies wat op die meeste van die dag in die hande lê, maar kan binnekort binne enkele minute kom, wat vinnige energie lewer, maar koolstofvrystellings stimuleer. Sommige nutsdienste het korttermyn ladingbalansering ontwikkel wat nie op fossielbrandstowwe brandende plante staatmaak nie.

Die mees algemene en koste-effektiewe strategie is gepomp hidro-elektriese berging: gebruik van oormaat krag om water opdraand te stuur, dan laat dit vloei terug om energie te genereer tydens spitsvraag. Hidro-elektriese berging werk egter slegs in streke met voldoende water en ruimte. Om wind en sonkrag meer bruikbaar te maak, het DWO-batterye as 'n alternatief aangemoedig.

Klop die kompetisie

Cui sê daar is verskeie tipes herlaaibare battery-tegnologieë op die mark, maar dit is nie duidelik watter benaderings die DOE-vereistes sal voldoen nie en bewys hul praktiese werking aan die nutsdienste, reguleerders en ander belanghebbendes wat die land se elektriese rooster handhaaf.

Cui sê byvoorbeeld herlaaibare litium-ioonbatterye wat die klein hoeveelhede energie benodig om fone en skootrekenaars te bestuur, is gebaseer op skaars materiale en is dus te duur om krag vir 'n buurt of stad te stoor. Cui sê roosteropslag benodig 'n lae koste, hoë kapasiteit, herlaaibare battery. Die mangaan-waterstofproses lyk belowend.

"Ander herlaaibare battery-tegnologieë is maklik meer as vyf keer van daardie koste oor die lewensduur," voeg Cui by.

Chen sê nuwe chemie, laekoste-materiaal en relatiewe eenvoud het die mangaan-waterstof battery ideaal gemaak vir lae koste gridskaal ontplooiing.

Die prototipe benodig ontwikkelingswerk om homself te bewys. Vir een ding gebruik dit platinum as 'n katalisator om die belangrike chemiese reaksies by die elektrode aan te spoor wat die herlaai proses doeltreffend maak en die koste van daardie komponent sou verbode wees vir grootskaalse ontplooiing. Maar Chen sê die span werk reeds op goedkoper maniere om die mangaansulfaat en water te verruil om die omkeerbare elektronuitruiling uit te voer.

"Ons het katalisators geïdentifiseer wat ons onder die $ 100-per-kilowatt-uur DOE kan teiken," sê hy.

Die navorsers rapporteer om 10,000-herlaai van die prototipes te doen, wat twee keer die DOE-vereistes is, maar sê dat dit nodig sal wees om die mangaan-waterstofbattery onder werklike elektriese roosteropbergingstoestande te toets om die lewensduurprestasie en -koste waarlik te evalueer.

Cui sê hy het probeer om die proses te patenteer deur die Stanford Office of Technology Licensing en beplan om 'n maatskappy te vorm om die stelsel te kommersialiseer.

Oor die outeurs

Yi Cui, 'n professor in materiaalwetenskap aan die Stanford Universiteit, is die senior skrywer van die koerant. Bykomende mede-outeurs is van die Chinese Akademie vir Wetenskappe en Stanford. Die Departement van Energie het die navorsing befonds.

Bron: Stanford Universiteit

verwante Boeke

at InnerSelf Market en Amazon