Źródło: Engineering.columbia.edu
Odnawialne źródła energii, takie jak wiatr i słoneczne, mają kluczowe znaczenie dla utrzymania naszej planety, ale mają duże wyzwanie: nie zawsze generują moc, gdy jest to potrzebne. Aby jak najlepiej je wykorzystać, potrzebujemy wydajnych i niedrogich sposobów przechowywania energii, którą wytwarzają, więc mamy moc, nawet gdy wiatr nie wieje lub słońce nie świeci.
Naukowcy z Columbia Engineering Material skupili się na opracowywaniu nowych rodzajów baterii w celu przekształcenia sposobu przechowywania energii odnawialnej. W nowym badaniu opublikowanym 5 września przez Nature Communications zespół używał akumulatorów K-Na\/S, które łączą niedrogie, łatwo odkryte elementy -- potas (K) i sod (NA), wraz z siarką (S) --, aby stworzyć niedrogie, o wysokim poziomie energii dla przechowywania energii.
„Ważne jest, abyśmy mogli przedłużyć czas, w którym mogą działać te akumulatory, i że możemy je łatwo i tanio wyprodukować” - powiedział lider zespołu Yang, profesor nauk o materiałach i inżynierii materiałowej na Wydziale Fizyki Applied i matematyki w Columbia Engineering. „Uczynienie energii odnawialnej będzie bardziej niezawodne, pomoże ustabilizować nasze siatki energetyczne, zmniejszyć naszą zależność od paliw kopalnych i wesprze dla nas wszystkich bardziej zrównoważoną przyszłość energetyczną”.
Nowy elektrolit pomaga akumulatorom K-Nay\/s przechowywać i bardziej efektywnie uwalniać energię
There are two major challenges with K-Na/S batteries: they have a low capacity because the formation of inactive solid K2S2 and K2S blocks the diffusion process and their operation requires very high temperatures (>250 OC), które wymagają złożonego zarządzania termicznego, zwiększając w ten sposób koszt procesu. Poprzednie badania zmagały się z solidnymi osadami i niską pojemnością, a poszukiwanie nowej techniki w celu poprawy tego rodzaju baterii.
Grupa Yang opracowała nowy elektrolit, rozpuszczalnik acetamidu i ε-kaprolaktam, aby pomóc w przechowywaniu i uwalnianiu energii baterii. Ten elektrolit może rozpuścić K2S2 i K2S, zwiększając gęstość energii i gęstość mocy akumulatorów K\/S pośredniej temperatury. Ponadto umożliwia działanie akumulatora w znacznie niższej temperaturze (około 75 stopni) niż poprzednie projekty, jednocześnie osiągając prawie maksymalną możliwą pojemność magazynowania energii.
„Nasze podejście osiąga niemal teoretyczne zdolności rozładowania i przedłużone życie cyklu. Jest to bardzo ekscytujące w dziedzinie akumulatorów K\/S pośrednich”, powiedział autor badania badań Zhenghao Yang, doktorant z Yang.
Ścieżka do zrównoważonego energiiy przyszłość
Grupa Yang jest powiązana z Columbia Electrochemical Energy Center (CEEC), które przyjmuje wieloskalowe podejście do odkrycia przełomowej technologii i przyspieszenia komercjalizacji. CEEC dołącza do wydziału i badaczy z School of Engineering and Applied Science, którzy badają energię elektrochemiczną z zainteresowaniami, od elektronów po urządzenia po systemy. Jego partnerstwa branżowe umożliwiają realizację przełomów w zakresie magazynowania i konwersji energii elektrochemicznej.
Planowanie skalowania
Podczas gdy zespół koncentruje się obecnie na małych, wielkości monetach, ich celem jest ostatecznie zwiększenie tej technologii do przechowywania dużych ilości energii. Jeśli odniosą sukces, te nowe baterie mogą zapewnić stabilny i niezawodny zasilanie ze źródeł odnawialnych, nawet w czasach niskiego słońca lub wiatru. Zespół pracuje teraz nad optymalizacją składu elektrolitu.
