Forskning kommer tættere på at producere revolutionerende batterier til energi til vedvarende energiindustrien

Enhver bosiddende i Great Plains kan bevidne den massive skala af vindmølleparker, der i stigende grad prikker på landet. I Midtvesten og andre steder, vindenergi tegner sig for en stadig større del af amerikansk energiproduktion:I det sidste årti har 143 milliarder dollar blev investeret i nye vindprojekter, ifølge American Wind Energy Association.

Imidlertid, bommen i vindenergi står over for en forhindring - hvordan man effektivt og billigt kan lagre energi genereret af møller, når vinden blæser, men energibehovet er lavt.

"Vi får meget vind om natten, mere end i dagtimerne, men efterspørgslen efter elektricitet er lavere om natten, så, de dumper det, eller de låser møller - vi spilder elektricitet, "sagde Trung Van Nguyen, professor i olie- og kemiteknik ved University of Kansas. "Hvis vi kunne gemme dette overskud om natten og sælge eller levere det i dagtimerne ved højeste efterspørgsel, dette ville gøre det muligt for ejere af vindmølleparker at tjene flere penge og udnytte deres investeringer. På samme tid, du anvender mere vindenergi og reducerer efterspørgslen efter fossile brændstoffer. "

Siden 2010 har Nguyen har stået i spidsen for forskning for at udvikle et avanceret hydrogen-brom-strømbatteri, et avanceret batteridesign i industriel skala-det ville være nogenlunde på størrelse med en semitruck-som ingeniører har stræbt efter at udvikle siden 1960'erne. Det kunne lige så godt fungere at lagre elektricitet fra solcelleanlæg, udlades natten over, når der ikke er sol.

Finansieret først af National Science Foundation og senere af Advanced Research Projects Agency-Energy, Nguyen har arbejdet med forskere fra University of California i Santa Barbara, Vanderbilt University, University of Texas i Arlington og Case Western Reserve University. Langs vejen, Nguyen har overvåget banebrydende arbejde med nøglekomponenter i hydrogen-brom batteridesign.

For en, der er elektroden Nguyen udviklet på KU. Et batteris elektrode er, hvor den elektriske strøm kommer ind i eller forlader batteriet, når det aflades. For at være maksimalt effektiv, en elektrode har brug for meget overfladeareal. Nguyens team har udviklet en carbonelektrode med et højere overfladeareal ved at dyrke kulnanorør direkte på kulfiberne i en porøs elektrode.

"Inden vores arbejde, folk brugte papir-carbon-elektroder og måtte stable elektroderne sammen for at generere høj effekt, "sagde han." Elektroderne skulle være meget tykkere og dyrere, fordi du skulle bruge flere lag - de var større og mere modstandsdygtige. Vi kom på en enkel, men ny idé til at dyrke bittesmå kulstofnanorør direkte oven på kulfiber inde i elektroder-som små hår-og vi øgede overfladearealet med 50-70 gange. Vi løste kravet om høj overflade til hydrogen-brom-batterielektroder. "

Et centralt problem, der står tilbage, før et hydrogenbromidbatteri kan markedsføres med succes, er udviklingen af ​​en effektiv katalysator til at fremskynde reaktionerne på batteriets hydrogenside og give større ydelse, mens den ekstreme korrosivitet i systemet overlever. Nu, med finansiering fra en NSF-underpris gennem et privat firma kaldet Proton OnSite, Nguyen er ved at løse denne sidste barriere.

”Jeg tror, ​​vi er på nippet til et rigtigt gennembrud, "sagde han." Vi har brug for en holdbar katalysator, noget, der har samme aktivitet som den bedste katalysator derude, men det kan overleve dette miljø. Vores tidligere materiale havde ikke tilstrækkeligt overfladeareal til at give nok effekt. Men jeg har kunnet fortsætte med at arbejde på denne rhodiumsulfidkatalysator. Jeg tror, ​​vi har fundet ud af en måde at øge overfladearealet på. Vi har nu en bedre måde, og vi kan offentliggøre det om tre til seks måneder - vi har nogle mindre problemer at løse, men jeg tror, ​​vi vil have et egnet materiale til hydrogenreaktionen i dette system. "

De nye resultater for at udvikle et avanceret hydrogen-brom-strømbatteri i industriel skala vil blive præsenteret på mødet i Electrochemical Society i Seattle i maj.

Ja, Nguyen-der har grundlagt flere opstartsvirksomheder i løbet af sin forskningskarriere-bemærkede, at det nye hydrogenbrombatteri snart kunne blive kommercialiseret, og let kan skaleres til MW (effekt) MWh (energi) skalaer, kommer i modulær containerform, ca. 1 MWh i en beholder i fuld størrelse. Men han advarede om, at det kun kunne bruges fjernt, industriområder - steder som vind- og solparker, hvor de store batterier sandsynligvis ville blive begravet under jorden.

"Dette energilagringssystem, på grund af dets korrosivitet, ikke er egnet til boliger eller kommercielle systemer, " he said. "Bromine is like chlorine gas. Dig a hole, line it with cement or plastic, drop this battery down and cover it up—it should be in an enclosed or sealed system to prevent leakage or emission of bromine gas. This will be suitable only for large-scale remote energy storage like solar farms and wind farms."

The KU researcher said the rise of renewable energy would depend on technology breakthroughs that make the economics attractive to energy producers and investors, and he hoped his new battery design could play a part.

"The way we use fossil fuel for energy is very inefficient, wasteful and generates greenhouse gasses, " Nguyen said. "For fossil fuels, you make the initial investment, and also you pay for operation every day—pay for coal or for natural gas for rest of the life of the power plant. Once you make the initial investment in renewable, the electricity you make is free."