Forskere udvikler et bedre redoxflow-batteri

USC-forskere har udviklet et nyt batteri, der kan løse ellagringsproblemet, der begrænser udbredt brug af vedvarende energi.

Teknologien er et nyt spin på et kendt design, der lagrer elektricitet i løsninger, sorterer elektronerne og frigiver strøm, når det er nødvendigt. Såkaldte redox flow-batterier har eksisteret et stykke tid, men USC-forskerne har bygget en bedre version baseret på billige og let tilgængelige materialer.

"Vi har demonstreret en billig, langt liv, sikkert og miljøvenligt flowbatteri, attraktivt til at lagre energien fra sol- og vindenergisystemer i masseskala, " sagde kemiprofessor Sri Narayan, hovedforfatter for undersøgelsen og meddirektør for Loker Hydrocarbon Research Institute ved USC.

Undersøgelsen blev offentliggjort i dag i Journal of the Electrochemical Society .

Energilagring er en stor hindring for vedvarende energi, fordi strømbehovet ikke altid er sammenfaldende, når vindmøller snurrer eller solskin rammer solpaneler. Søgen efter en holdbar opbevaringsløsning står over for flere udfordringer, hvilket er det problem, USC-forskerne søgte at løse.

De fokuserede på redoxflow-batteriet, fordi det er gennemprøvet teknologi og hidtil har været anvendt i begrænsede applikationer. Det bruger væsker til at lagre elektrokemisk energi, sortering af elektroner og rekombination ved reduktion og oxidation, og frigive dem til at lave elektricitet, når det er nødvendigt.

Den vigtigste innovation opnået af USC-forskerne involverer brug af forskellige væsker:en jernsulfatopløsning og en type syre. Jernsulfat er et affaldsprodukt fra mineindustrien; det er rigeligt og billigt. Anthraquinon disulfonsyre (AQDS) er et organisk materiale, allerede brugt i nogle redoxflow-batterier for dets stabilitet, opløselighed og energilagringspotentiale.

Mens de to forbindelser er velkendte individuelt, det er første gang, de er blevet kombineret for at bevise potentiale for storskala energilagring. Tests på USC-laboratoriet viste, at batteriet har store fordele i forhold til konkurrenterne.

For eksempel, Jernsulfat er billigt og rigeligt - en skilling køber omkring 2,2 pund - mens storskalafremstilling af AQDS ville koste omkring $1,60 pr. pund. Til de priser, materialeomkostninger for den type batteri, der er udviklet af USC-forskerne, ville koste $66 pr. kilowatttime; hvis fremstillet i skala, elektricitet ville koste mindre end halvdelen af ​​den energi, der stammer fra redoxbatterier, der bruger vanadium, som er dyrere og giftigere.

Også, i test på USC, forskerne fandt ud af, at jern-AQDS-batteriet kan cykle, eller genoplade, hundredvis af gange næsten uden strømtab, i modsætning til konkurrerende teknologier. Holdbarhed for energilagringssystemer er vigtig for anvendelse i stor skala.

"De udviklede materialer er yderst bæredygtige, " sagde Surya Prakash, medforfatter til undersøgelsen og direktør for Loker Instituttet, der samarbejder med Narayan om at udvikle nye økologiske quinoner. "AQDS kan fremstilles af ethvert kulstofbaseret råmateriale, herunder kuldioxid. Jern er en jordrigdom, ikke-giftigt element."

Teknologien har også fordele i forhold til lithium-ion batterilagring. Udbredelsen af ​​forbrugerelektronik og elektriske køretøjer, drevet af lithium-ion-batterier, skaber knaphed for elementet, hvilket driver omkostningerne op. På tur, disse økonomier gør andet, billigere energilagringsmuligheder mere tiltalende, siger undersøgelsen. Også, lithium-ion-batterier holder ikke så længe, på grund af genopladning, som de fleste alle, der har genopladet mobiltelefoner og bærbare computere, ved.

"... Jern-AQDS flow batterisystemet giver gode muligheder for samtidig at opfylde de krævende krav til omkostninger, holdbarhed og skalerbarhed til storskala energilagring, " siger undersøgelsen.

Brugen af ​​vedvarende energi vokser, er dog begrænset på grund af energilagringsbegrænsninger. At lagre kun 20 % af nutidens sol- og vindenergi kræver en reservekapacitet på 700 gigawatttimer. En gigawatt time er nok strøm til omkring 700, 000 hjem i en time.

Narayan sagde:"Hidtil har der ikke været nogen økonomisk levedygtige, miljøvenlig løsning til energilagring, der kan holde i 25 år. Lithium-ion-batterier har ikke den lange levetid, og vanadium-baserede batterier bruger dyre, relativt giftige materialer, der begrænser anvendelse i stor skala. Vores system er svaret på denne udfordring. Vi forudser, at disse batterier bruges i boliger, kommercielle og industrielle bygninger til at fange vedvarende energi."