Lähde: Engineering.columbia.edu
Uusiutuvan energian lähteet, kuten tuuli ja aurinko, ovat kriittisiä planeettamme ylläpitämiselle, mutta niissä on suuri haaste: ne eivät aina tuota valtaa tarvittaessa. Jotta heistä hyödynnetään parhaiten, tarvitsemme tehokkaita ja edullisia tapoja tuottaa tuottamansa energian, joten meillä on voimaa, vaikka tuuli ei puhalta tai aurinko ei paista.
Columbia Engineering Material -tutkijat ovat keskittyneet uusien paristojen kehittämiseen uusiutuvan energian tallentamiseksi. Luonnonviestinnän 5. syyskuuta julkaistussa uudessa tutkimuksessa ryhmä käytti K-NA\/S-paristoja, jotka yhdistävät edulliset, helposti löydetyt elementit -- kalium (k) ja natrium (NA) yhdessä rikin (s) -- kanssa vähäosan, korkean energian ratkaisun pitkäaikaisen energian varastointiin.
"On tärkeää, että pystymme pidentämään aikaa, jonka nämä akut voivat toimia, ja että voimme valmistaa niitä helposti ja halvalla", sanoi ryhmän johtaja Yuan Yang, materiaalitieteen ja tekniikan apulaisprofessori Columbia Engineeringin soveltavan fysiikan ja matematiikan laitoksella. "Uusiutuvan energian tekeminen luotettavammaksi auttaa vakauttamaan energiaverkkojamme, vähentämään riippuvuuttamme fossiilisista polttoaineista ja tukemaan kestävämpää energia tulevaisuutta meille kaikille."
Uusi elektrolyytti auttaa K-NA\/S-paristoja varastoimaan ja vapauttamaan energiaa tehokkaammin
There are two major challenges with K-Na/S batteries: they have a low capacity because the formation of inactive solid K2S2 and K2S blocks the diffusion process and their operation requires very high temperatures (>250 OC), jotka tarvitsevat monimutkaista lämmönhallintaa, lisäämällä siten prosessin kustannuksia. Aikaisemmat tutkimukset ovat kamppailleet kiinteiden saosten ja alhaisen kapasiteetin kanssa, ja etsinnässä on ollut uusi tekniikka tämän tyyppisten akkujen parantamiseksi.
Yangin ryhmä kehitti uuden elektrolyytin, asetamidin ja ε-kaprolaktaamin liuottimen akkuvaraston ja vapauttamisen energian vapauttamiseksi. Tämä elektrolyytti voi liuottaa K2S2: n ja K2S: n, mikä parantaa keskilämpötilan K\/S-paristojen energiatiheyttä ja tehotiheyttä. Lisäksi se mahdollistaa akun toimia paljon alhaisemmassa lämpötilassa (noin 75 astetta) kuin aiemmat mallit, samalla kun se saavuttaa melkein mahdollisen energian varastointikapasiteetin.
"Lähestymistapamme saavuttaa melkein teoreettisen purkauskapasiteetin ja pidennetyn syklin elämän. Tämä on erittäin jännittävää keskilämpötilan K\/S-paristojen alalla", sanoi tutkimuksen ensimmäinen kirjailija Zhenghao Yang, PhD-opiskelija Yangilla.
Polku kestävään energiaany tulevaisuus
Yangin ryhmä on sidoksissa Columbia -sähkökemialliseen energiakeskukseen (CEEC), joka käyttää monimutkaisia lähestymistapaa löytääkseen uraauurtavaa tekniikkaa ja nopeuttaa kaupallistamista. CEEC liittyy toisiinsa tiedekuntien ja tutkijoiden tekniikan ja soveltavan tieteen korkeakoulusta, jotka opiskelevat sähkökemiallista energiaa kiinnostuksen kohteilla elektroneista laitteisiin järjestelmiin. Sen teollisuuden kumppanuudet mahdollistavat läpimurtojen toteutumisen sähkökemiallisessa energian varastoinnissa ja muuntamisessa.
Suunnittelu mittaamaan
Vaikka joukkue on tällä hetkellä keskittynyt pieniin, kolikkokokoisiin akkuihin, heidän tavoitteenaan on lopulta laajentaa tätä tekniikkaa suurten energiamäärien varastoimiseksi. Jos ne ovat onnistuneet, nämä uudet akut voivat tarjota vakaan ja luotettavan virtalähteen uusiutuvista lähteistä, jopa alhaisen auringon tai tuulen aikana. Ryhmä pyrkii nyt optimoimaan elektrolyyttikorjauksen.
