Udforskning af elektrolyse til energilagring

Interessen for vedvarende energi fortsætter med at vokse. Mange vedvarende energikilder, selvom, kan være frustrerende intermitterende. Når solen er skjult af skyer, eller vinden holder op med at blæse, strømmen svinger. Den fluktuerende forsyning kan delvist udjævnes ved energilagring i spidsbelastningstider. Imidlertid, lagring af elektricitet er ikke uden udfordringer.

For nylig, et hold ved Kyushu University skabte en enhed til at lagre energi i kemisk form gennem kontinuerlig elektrolyse. Forskerne bemærkede, at glykolsyre (GC) har en meget større energikapacitet end brint, en af ​​de mere populære energilagringskemikalier. GC kan fremstilles ved fire-elektron reduktion af oxalsyre (OX), en udbredt tilgængelig carboxylsyre. Som beskrevet i deres udgivelse i Videnskabelige rapporter , holdet udtænkte en elektrolytisk celle baseret på en ny membran-elektrode-samling. Indklemt mellem to elektroder er en iridiumoxid-baseret anode og en titaniumdioxid (TiO2)-coated titanium (Ti) katode, forbundet med en polymermembran.

"Flow-type systemer er meget vigtige for energilagring med væskefasereaktion, " siger hovedforfatter Masaaki Sadakiyo. "De fleste elektrolysatorer, der producerer alkoholer, driver en batchproces, som ikke er egnet til dette formål. I vores enhed, ved at bruge en fast polymerelektrolyt i direkte kontakt med elektroderne, vi kan køre reaktionen som et kontinuerligt flow uden tilsætning af urenheder (f.eks. elektrolytter). OX-løsningen kan effektivt opfattes som en flydende elektronpool."

En anden vigtig overvejelse er katodedesignet. Den katodiske reaktion katalyseres af anatase TiO2. For at sikre en solid forbindelse mellem katalysator og katode, holdet "voksede" TiO2 direkte på Ti i form af et net eller filt. Elektronmikroskopbilleder viser TiO2 som en tjavset fuzz, klamrer sig til ydersiden af ​​Ti-stængerne som en belægning af nysne. Faktisk, dens opgave er at katalysere elektroreduktionen af ​​OX til GC. I mellemtiden ved anoden, vand oxideres til oxygen.

Holdet fandt ud af, at reaktionen accelererede ved højere temperaturer. Imidlertid, at skrue for højt op for varmen opmuntrede til en uønsket biproces - omdannelsen af ​​vand til brint. Den ideelle balance mellem disse to effekter var ved 60°C. Ved denne temperatur, enheden kan optimeres yderligere ved at bremse strømmen af ​​reaktanter, samtidig med at mængden af ​​overfladeareal, der er tilgængeligt for reaktionen, øges.

Interessant nok, selv teksturen af ​​den uklare TiO2-katalysator gjorde en stor forskel. Da TiO2 blev fremstillet som en "filt, "ved at dyrke det på tyndere og tættere pakkede Ti-stænger, reaktionen skete hurtigere end på nettet - sandsynligvis på grund af det større overfladeareal. Filten modvirkede også brintproduktion, ved at dække Ti-overfladen mere tæt end nettet, forhindre eksponering af blottet Ti.

"Under de rette forhold, vores celle omdanner næsten 100 procent af OX, hvilket vi finder meget opmuntrende, " siger medforfatter Miho Yamauchi. "Vi beregner, at den maksimale volumetriske energikapacitet for GC-løsningen er omkring 50 gange brintgas. For at være klar, energieffektiviteten, i modsætning til kapacitet, stadig halter bagefter andre teknologier. Imidlertid, dette er et lovende første skridt til en ny metode til lagring af overskydende strøm."