Fotoğraf kredi: GabrielleMerk. Wikimedia.org (fotoğraf #46)

Araştırmacılar, yeni bir su bazlı bataryanın daha sonra rüzgar veya güneş enerjisini depolamak için ucuz bir yol sağlayabileceğini söylüyorlar.

Pil, güneş parlarken ve rüzgar esiyorken üretilen enerjiyi depolar, böylece elektrik şebekesine geri beslenebilir ve talep yüksek olduğunda yeniden dağıtılabilir.

Prototip manganez hidrojen batarya, bildirildi Doğa Enerji, sadece üç santim boyunda duruyor ve bir anahtarlığa takılan LED el fenerlerinin enerji seviyelerine eşit olan yalnızca 20 milliwatt saat elektrik üretiyor.

Prototipin küçültülmüş çıktısına rağmen, araştırmacılar bu masa üstü teknolojisini 10,000 zamanına kadar şarj edip yeniden şarj edebilecekleri endüstriyel bir sisteme ölçeklendirebileceklerinden emin olduklarından, yararlı bir kullanım ömrüne sahip bir kullanım ömrüne sahip bir ızgara ölçekli batarya oluşturabilirler. onyıl.

Stanford Üniversitesi'nde malzeme bilimi profesörü ve makalenin kıdemli yazarı Yi Cui, manganez-hidrojen pil teknolojisinin ülkenin enerji bilmecesinde eksik parçalardan biri olabileceğini söylüyor - tahmin edilemeyecek şekilde rüzgar veya güneş enerjisini azaltmak için yenilenebilir kaynaklar mevcut olmadığında güvenilir ancak karbon yayıcı fosil yakıtların yakılması ihtiyacı.

Cui, “Yaptığımız şey, suya özel bir tuz atmak, bir elektrotun içine düşmek ve elektronları hidrojen gazı şeklinde depolayan geri dönüşümlü bir kimyasal reaksiyon oluşturması” diyor.

Zeki kimya

Cui'nin laboratuarında doktora sonrası bir bilim adamı olan Wei Chen, kavramı hayal eden ve prototipi oluşturan ekibi yönetti. Temelde, araştırmacılar, kuru piller, gübreler, kağıt ve diğer ürünlerin yapımında kullanılan ucuz, bol bir endüstriyel tuz olan su ve manganez sülfat arasında tersinir bir elektron değişimini sağladı.

Araştırmacılar bir rüzgar veya güneş kaynağının aküye nasıl güç besleyebileceğini taklit etmek için prototipe bir güç kaynağı eklediler. Akan elektronlar, elektrotlara yapışmış manganez dioksit parçacıkları bırakmak için suda çözünen manganez sülfat ile reaksiyona girmiştir. Aşırı elektronlar hidrojen gazı olarak kabardı ve bu enerjiyi ileride kullanmak üzere sakladılar.

Mühendisler, hidrojen gazı içinde depolanan enerjiden elektriğin nasıl yeniden oluşturulacağını biliyorlar, bu nedenle önemli adım, su bazlı bataryayı şarj edebileceklerini kanıtlamaktı.

Araştırmacılar bunu, güç kaynaklarını tükenmiş prototipe tekrar bağlayarak, bu sefer elektroduna yapışan manganez dioksit parçacıklarını suyla birleştirmek üzere manganez sülfat tuzunu doldurmak için uyarmak amacıyla yaptılar. Bu işlem tuzu geri getirdiğinde, gelen elektronlar artıyor ve tekrar tekrar tekrar tekrarlanabilen bir yöntemde fazla güç hidrojen gazı olarak patlayabilir.

Cui, su bazlı bataryanın beklenen ömrü göz önüne alındığında, on iki saat boyunca 100-watt'lık bir ampulü çalıştırmak için yeterli elektrik depolamanın bir kuruşa mal olacağını tahmin ediyor.

Cui, “Bu prototip teknolojisinin, elektrik şebekesi ölçekte elektriksel depolama pratikliği için Enerji Bakanlığı hedeflerine ulaşabileceğine inanıyoruz” diyor.

Enerji Bakanlığı (DOE) şebeke ölçeğinde depolama için pilleri bir saat boyunca en az 20 kilovat güç depolamalı ve deşarj etmeli, en az 5,000 şarj edebilmeli ve faydalı bir 10 yıl veya Daha. Pratik hale getirmek için, böyle bir pil sisteminin kilovat saat başına $ 2,000 veya daha az veya $ 100'e mal olması gerekir.

Eski DOE sekreteri ve Nobel ödüllü, şimdi Stanford'da profesör olan Steven Chu, ülkenin yenilenebilir enerjiye geçişine yardım etmek için teknolojilerin teşvik edilmesine uzun süredir ilgi duyuyor.

Chu, “Kesin malzemeler ve tasarımın hala gelişmeye ihtiyacı olsa da, bu prototip, düşük maliyetli, uzun ömürlü, faydalı piller elde etmenin yeni yollarını öneren bilim ve mühendislik türlerini gösteriyor” diyor. Araştırma takımı.

Şebekeye güç sağlama

DOE'nin tahminlerine göre, ABD elektriğinin yaklaşık yüzde 70'u, karbondioksit emisyonlarının yüzde 40'ini oluşturan kömür veya doğal gaz santralleri tarafından üretiliyor. Rüzgar ve güneş enerjisine geçiş, bu emisyonları azaltmanın bir yoludur. Ancak bu, güç kaynağının değişkenliğini içeren yeni zorluklar yaratır. Açıktır ki, güneş sadece gündüz parlar ve bazen rüzgar esmez.

Ancak daha az iyi anlaşılan ancak önemli bir değişkenlik türü, şebekeye olan talep dalgalanmalarından geliyor - bu da bölgelere ve nihayetinde evlere elektrik dağıtan yüksek gerilimli tellerden oluşan bir ağ. Sıcak bir günde, insanlar işten eve geldiklerinde ve klimayı çalıştırdıklarında, kamu hizmetleri en yüksek talebi karşılamak için yük dengeleme stratejilerine sahip olmalıdır: elektrik kesintisini önlemek veya elektrik kesintisini önlemek için dakikalar içinde elektrik üretimini artırmak için bir yol .

Günümüzde kamu hizmetleri, çoğu zaman günün büyük bir kısmını boşta kalan, ancak birkaç dakika içinde çevrimiçi olabilen, ancak hızlı enerji üreten, ancak karbon salımlarını artıran, talep üzerine veya “sevk edilebilir” enerji santrallerini ateşleyerek gerçekleştirmektedir. Bazı kuruluşlar, fosil yakıtlı yakma tesislerine dayanmayan kısa süreli yük dengelemesi geliştirmiştir.

En yaygın ve uygun maliyetli bu tür bir strateji, hidroelektrik depolamaya pompalanır: yukarı doğru su göndermek için aşırı güç kullanmak, ardından en yüksek talep sırasında enerji üretmek için geri akmasını sağlamak. Bununla birlikte, hidroelektrik depolaması sadece yeterli su ve alana sahip bölgelerde çalışır. Bu nedenle rüzgar ve güneş enerjisini daha kullanışlı hale getirmek için, DOE alternatif olarak yüksek kapasiteli pilleri teşvik etti.

Rekabeti yenmek

Cui, pazarda birkaç çeşit yeniden şarj edilebilir pil teknolojisi olduğunu söylüyor, ancak hangi yaklaşımların DOE gerekliliklerini karşılayacağı ve pratikliklerini ülkenin elektrik şebekesini koruyan kamu hizmetleri, düzenleyiciler ve diğer paydaşlara kanıtlayacağı açık değildir.

Örneğin, Cui, telefonları ve dizüstü bilgisayarları çalıştırmak için gereken az miktarda enerjiyi depolayan, şarj edilebilir lityum iyon pillerin, nadir malzemelere dayandığını ve bu nedenle bir mahalle veya şehir için güç depolamak için fazla pahalı olduğunu söylüyor. Cui, şebeke ölçeğinde depolamanın düşük maliyetli, yüksek kapasiteli ve şarj edilebilir bir pil gerektirdiğini söylüyor. Manganez hidrojen süreci umut verici görünüyor.

Cui, “Diğer şarj edilebilir pil teknolojileri, ömür boyu bu maliyetin beş katından daha kolay” dedi.

Chen, yeni kimya, düşük maliyetli malzemeler ve nispi basitliğin manganez-hidrojen pilini düşük maliyetli şebeke ölçekli dağıtım için ideal yaptığını söylüyor.

Prototip kendini kanıtlamak için geliştirme çalışmaları gerekiyor. Birincisi, elektrotta şarj işlemini verimli kılan önemli kimyasal reaksiyonları teşvik etmek için katalizör olarak platin kullanıyor ve bu bileşenin maliyeti büyük ölçekli dağıtım için engelleyici olabilir. Ancak Chen, ekibin, geri dönüşümlü elektron değişimini gerçekleştirmek için manganez sülfat ve suyu eş zamanlı hale getirmek için daha ucuz yollar üzerinde çalıştığını söylüyor.

“Bizi kilovat / saat başına $ 100 doE hedefinin altına çekebilecek katalizörler belirledik” diyor.

Araştırmacılar, prototiplerin DOE gerekliliklerinin iki katı olan 10,000 şarjını yaptığını bildirmektedir, ancak ömür boyu performansını ve maliyetini gerçekten değerlendirmek için manganez-hidrojen pili gerçek elektrik şebekesi depolama koşulları altında test etmenin gerekli olacağını söylemektedir.

Cui, süreci Stanford Teknoloji Lisanslama Ofisi aracılığıyla patent almak istediğini ve sistemi ticarileştirmek için bir şirket kurmayı planladığını söyledi.

Yazarlar Hakkında

Stanford Üniversitesi'nde malzeme bilimi profesörü olan Yi Cui, makalenin baş yazarıdır. Ek ortak yazarlar, Çin Bilimler Akademisi ve Stanford'dandır. Enerji Bakanlığı araştırmayı finanse etti.

Kaynak: Stanford Üniversitesi

İlgili Kitaplar

at InnerSelf Pazarı ve Amazon