Forbindelse kan omdanne energilagring til store net

For at forsyne hele samfund med ren energi, som sol- og vindkraft, et pålideligt backup-lagringssystem er nødvendigt for at levere energi, når solen ikke skinner, og vinden ikke blæser.

En mulighed er at bruge eventuel overskydende sol- og vindbaseret energi til at oplade opløsninger af kemikalier, der efterfølgende kan opbevares til brug, når solskin og vind er knap. På det tidspunkt, de kemiske opløsninger med modsat ladning kan pumpes hen over faste elektroder, derved skabes en elektronudveksling, der leverer strøm til det elektriske net.

Nøglen til denne teknologi, kaldet et redox flow batteri, er at finde kemikalier, der ikke kun kan "bære" tilstrækkelig ladning, men også opbevares uden nedbrydning i lange perioder, derved maksimerer elproduktionen og minimerer omkostningerne ved genopfyldning af systemet.

University of Rochester forskere, arbejder med kolleger på universitetet i Buffalo, mener, at de har fundet en lovende forbindelse, der kunne transformere energilagringslandskabet.

I et blad udgivet i Kemisk Videnskab , en open access journal for Royal Society of Chemistry, forskere i laboratoriet af Ellen Matson, adjunkt i kemi, beskrive ændring af en metaloxid-klynge, som har lovende elektroaktive egenskaber, så den er næsten dobbelt så effektiv som den umodificerede klynge til elektrokemisk energilagring i et redoxflow-batteri.

"Energilagringsapplikationer med polyoxometalater er ret sjældne i litteraturen, "siger hovedforfatter Lauren VanGelder, et tredje års ph.d. studerende i Matsons laboratorium. "Der er måske et eller to eksempler før vores, og de maksimerede ikke rigtigt potentialet i disse systemer."

"Dette er virkelig et uudnyttet område af molekylær udvikling, " tilføjer Matson.

Klyngen blev først udviklet i laboratoriet hos den tyske kemiker Johann Spandl, og studeret for dets magnetiske egenskaber. Test udført af VanGelder viste, at forbindelsen kunne lagre ladning i et redoxflow-batteri, "men var ikke så stabil, som vi havde håbet."

Imidlertid, ved at lave det, Matson beskriver som "en simpel molekylær modifikation"-erstatte forbindelsens methanol-afledte metoxidgrupper med ethanolbaserede etoxidligander-kunne teamet udvide det potentielle vindue, hvor klyngen var stabil, en fordobling af mængden af ​​elektrisk energi, der kan lagres i batteriet.

Matson siger:"Det, der virkelig er fedt ved dette arbejde, er den måde, vi kan generere ethoxid- og methoxidklyngerne ved at bruge methanol og ethanol. Begge disse reagenser er billige, let tilgængelig og sikker at bruge. Metal- og oxygenatomerne, der udgør resten af ​​klyngen, er jordrige grundstoffer. Det ligetil, effektiv syntese af dette system er en helt ny retning i udviklingen af ​​ladningsbærere, vi tror, vil sætte en ny standard på området."

Den elektrokemiske test, der kræves til denne undersøgelse, involverede udstyr og teknikker, der ikke tidligere er blevet brugt i Matson-laboratoriet. Derfor samarbejdet med Timothy Cook, assisterende professor i kemi ved University of Buffalo, og Anjula Kosswattaarachchi, en fjerdeårs kandidatstuderende i Cook-laboratoriet. VanGelder besøgte Cook-laboratoriet for at træne i testudstyr, og igen hjalp Kosswattaarachchi med at syntetisere forbindelser.

De to grupper har ansøgt om en National Science Foundation-bevilling som en del af et igangværende samarbejde om yderligere at forfine klyngerne til brug i kommercielle redoxflow-batterier.

Matson understregede den "afgørende rolle", som VanGelder spiller, som udførte de indledende tests og eksperimenter på klyngerne, mens Matson var på barsel. "Som tredjeårs kandidatstuderende, hun gjorde et utroligt stykke arbejde med at starte dette projekt. Hun har spillet en vigtig rolle i at drive denne forskningsindsats i laboratoriet, "Siger Matson.