Ny membran fremskridder billigt, energilagring i netskala

Oak Ridge National Laboratory forskere har udviklet en afgørende komponent for en ny form for lavpris stationært batterisystem, der anvender almindelige materialer og designet til el-lagring i netskala.

Stor, økonomiske energilagringssystemer kan gavne landets net på mange måder:balancere belastninger mellem spidsbelastning og efterspidset efterspørgselstid; levering af energi under afbrydelser; lagring af elektricitet fra svingende kilder som vind og solenergi; og imødekommende ekstrem hurtig opladning af elbiler.

Nettet er hovedsageligt afhængigt af vandkraftanlæg til energilagring, selvom stationære systemer, der bruger lithium-ion-batterier, stiger. Imidlertid, lithium er dyrt og kommer hovedsageligt fra lande uden for USA.

Nogle forsyningsselskaber har testet redox flowbatterisystemer (RFB), der er en krydsning mellem et konventionelt batteri og en brændselscelle. RFB'er er velegnede til netapplikationer, fordi de er holdbare, længe levet, let skalerbar, og få en hurtig svartid. Imidlertid, de fleste RFB'er, der testes i dag, er afhængige af et vandbaseret (vandigt) system, hvilket reducerer mængden af ​​elektricitet, der kan lagres - også kaldet energitæthed.

Et ikke -vandigt strømbatteri, der bruger almindelige, billige materialer i stedet for vand og kan lagre større mængder strøm i et mindre volumen har været en topprioritet for batteriforskere. En af anstødsstenene har været udviklingen af ​​en egnet membran til adskillelse af de positive og negative elektrolytter i batteriet, samtidig med at overførsel af ioner er mulig.

ORNL-forskere har nu udviklet en membran til en natriumbaseret, ikke-vandig RFB, der kan fordoble eller tredoble energitætheden, der typisk ses i vandbaserede RFB'er. Arbejdet finansieres af Energidepartementets kontor for elektricitet og dets energilagringsprogram, og ved lab-styret finansiering hos ORNL.

Membranen er lavet af en fælles, billig polymer, polyethylenoxid (PEO). Dens ledningsevne blev forstærket med hele 100 gange med tilsætning af et blødgøringsmiddel:tetraethylenglycoldimethylether. Imidlertid, blandingen reducerede også membranens mekaniske styrke. For at opveje denne effekt, forskerne blandede PEO med carboxymethylcellulose - en anden almindelig, sikkert materiale, der ofte bruges som fortykningsmiddel i fødevareindustrien. Kombinationen af ​​alle tre stoffer resulterer i en meget holdbar membran, der forventes at fungere godt i højenergibatterier.

"Ikke -vandige redox -systemer fungerer ved højspænding, muliggør højere energitæthed. Men nøglen er at opnå høj energitæthed uden omkostningsstraf, "sagde Jagjit Nanda, projektets hovedforsker i ORNLs afdeling for materialevidenskab og teknologi.

Rose Ruther, en samarbejdspartner i Energy and Transportation Science Division, sagde "dette handler virkelig om systemets kemi og forståelse for, hvordan det hele hænger sammen, og hvorfor vi får denne store forbedring i ledningsevne med membranen."

Undersøgelsen er detaljeret i et tidsskrift, "Lavpris, mekanisk robust, natriumionledende membraner til ikke-vandige redox-strømbatterier, "for nylig udgivet i ACS Energy Letters .

"Der er et kæmpe skub for at finde energilagringsløsninger til nettet. Store energilagringssystemer kan være et meget dyrt forslag, "Sagde Ruther." Omkostningsskalaer med størrelse, så hvis vi kan øge energitætheden, det kan resultere i en stor besparelse. "

"Den hellige gral er et system, der ikke bruger knappe, dyre ressourcer og har et større potentiale for kommercialisering til en lavere pris "end nuværende batteriteknologier, Sagde Nanda. "Det svageste led i systemet er membranen, og vi har gjort fremskridt med at løse dette problem med dette nye, billig prototype. "

Det næste trin i projektet er at videreudvikle membranen for at gøre den mere selektiv til at forhindre krydsning af modioner og forbedre dens mekaniske fleksibilitet og robusthed.