Ученые разработали улучшенную батарею окислительно-восстановительного действия

 

Эта технология – новое воплощение известной конструкции, которая накапливает электричество в растворах, сортирует электроны и высвобождает энергию, когда это необходимо. Так называемые окислительно-восстановительные батареи уже давно существуют, но исследователи USC создали лучшую версию, основанную на недорогих и легкодоступных материалах.
 
Окислительно-восстановительные батареи
«Мы продемонстрировали недорогую, долговечную, безопасную и экологичную проточную батарею, привлекательную для массового хранения энергии из солнечных и ветровых энергосистем», – говорит профессор химии Шри Нараян (Sri Narayan), ведущий автор исследования и соруководитель Локерского научно-исследовательского института углеводородов при Университете штата Калифорния.
Подписывайтесь на наш youtube канал!
Исследование было опубликовано сегодня в журнале Journal of the Electrochemical Society.
Накопление энергии является большим препятствием для использования возобновляемых источников энергии, поскольку спрос на электроэнергию не всегда совпадает с тем, когда вращаются ветряные турбины или солнечный свет попадает на солнечные батареи. Поиск жизнеспособного решения по хранению энергии сталкивается с многочисленными трудностями, и именно эту проблему пытались решить ученые USC.
Ученые разработали улучшенную батарею окислительно-восстановительного действия
 
Они сосредоточились на окислительно-восстановительной батарее, потому что она является проверенной технологией, но до сих пор применялась в ограниченных областях. Она использует жидкости для хранения электрохимической энергии, сортировки электронов и рекомбинации путем восстановления и окисления, а также их высвобождения для производства электроэнергии, когда это необходимо.
Ключевое нововведение, достигнутое учеными USC, заключается в использовании различных жидкостей: раствор сульфата железа и кислоты. Сульфат железа является отходами горнодобывающей промышленности; он распространен и недорог. Антрахинондисульфоновая кислота (AQDS) – это органический материал, уже используемый в некоторых окислительно-восстановительных батареях, благодаря своей стабильности, растворимости и потенциалу аккумулирования энергии.
Хотя эти два соединения хорошо известны по отдельности, это первый раз, когда они были объединены, чтобы доказать потенциал для крупномасштабного хранения энергии. Испытания в лаборатории USC доказали, что батарея имеет большие преимущества перед конкурентами.
Например, сульфат железа стоит дешево и он есть в изобилии – за 10 центов можно купить около 2,2 фунтов, в то время как крупномасштабное производство AQDS обойдется примерно в 1,60 доллара за фунт. При таких ценах материальные затраты на батареи, разработанный учеными USC, обойдутся в $66 за киловатт-час; в случае масштабного производства электричество будет стоить меньше половины энергии, получаемой от окислительно-восстановительных батарей, использующих ванадий, который является более дорогим и токсичным.
Кроме того, в ходе испытаний, проведенных в USC, ученые обнаружили, что батарея «железо-AQDS» может циклически перезаряжаться или перезаряжаться сотни раз практически без потерь энергии, в отличие от конкурирующих технологий. Долговечность для систем хранения энергии важна для крупномасштабного использования.
«Разработанные материалы отличаются высокой устойчивостью», – сказала Сурья Пракаш, соавтор исследования и директор Института Локера, сотрудничающий с командой Нараяна в разработке новых органических хинонов. «AQDS может производиться из любого углеродного сырья, включая углекислый газ». Железо – это земной нетоксичный элемент».
Технология также имеет преимущества по сравнению с хранением литий-ионных батарей. Распространение потребительской электроники и электромобилей, питающихся от литий-ионных батарей, создает дефицит этого элемента, что ведет к увеличению расходов. В свою очередь, такая экономика делает более привлекательными другие, менее дорогостоящие варианты хранения энергии, говорится в исследовании. Кроме того, литий-ионные батареи не так долго служат из-за подзарядки, как известно большинству тех, кто заряжает мобильные телефоны и ноутбуки.
«… Потоковая аккумуляторная система железо-AQDS представляет собой хорошую перспективу для одновременного удовлетворения высоких требований к стоимости, долговечности и масштабируемости для крупномасштабного хранения энергии», – говорится в исследовании.
Использование возобновляемых источников энергии растет, но в то же время ограничено в связи с ограничениями по хранению энергии. Хранение всего 20% современной солнечной и ветровой энергии требует резервной мощности в 700 гигаватт-часов. Одного гигаватт-часа достаточно для того, чтобы обеспечить электроэнергией около 700 000 домов в час.
«На сегодняшний день не существует экономически жизнеспособного, экологически чистого решения для хранения энергии, которое могло бы существовать в течение 25 лет. Литий-ионные батареи не имеют длительного срока службы, а в основе ванадиевых батарей лежат дорогие, относительно токсичные материалы, ограничивающие крупномасштабное использование. Наша система – это ответ на этот вызов. Мы предполагаем, что эти батареи будут использоваться в жилых, коммерческих и промышленных зданиях для улавливания возобновляемой энергии», – сказал Нараян.

улучшбат

 

Эта технология – новое воплощение известной конструкции, которая накапливает электричество в растворах, сортирует электроны и высвобождает энергию, когда это необходимо. Так называемые окислительно-восстановительные батареи уже давно существуют, но исследователи USC создали лучшую версию, основанную на недорогих и легкодоступных материалах.

 

«Мы продемонстрировали недорогую, долговечную, безопасную и экологичную проточную батарею, привлекательную для массового хранения энергии из солнечных и ветровых энергосистем», – говорит профессор химии Шри Нараян (Sri Narayan), ведущий автор исследования и соруководитель Локерского научно-исследовательского института углеводородов при Университете штата Калифорния.

 

Накопление энергии является большим препятствием для использования возобновляемых источников энергии, поскольку спрос на электроэнергию не всегда совпадает с тем, когда вращаются ветряные турбины или солнечный свет попадает на солнечные батареи. Поиск жизнеспособного решения по хранению энергии сталкивается с многочисленными трудностями, и именно эту проблему пытались решить ученые USC.

 

Они сосредоточились на окислительно-восстановительной батарее, потому что она является проверенной технологией, но до сих пор применялась в ограниченных областях. Она использует жидкости для хранения электрохимической энергии, сортировки электронов и рекомбинации путем восстановления и окисления, а также их высвобождения для производства электроэнергии, когда это необходимо.

 

Ключевое нововведение, достигнутое учеными USC, заключается в использовании различных жидкостей: раствор сульфата железа и кислоты. Сульфат железа является отходами горнодобывающей промышленности; он распространен и недорог. Антрахинондисульфоновая кислота (AQDS) – это органический материал, уже используемый в некоторых окислительно-восстановительных батареях, благодаря своей стабильности, растворимости и потенциалу аккумулирования энергии.

 

Хотя эти два соединения хорошо известны по отдельности, это первый раз, когда они были объединены, чтобы доказать потенциал для крупномасштабного хранения энергии. Испытания в лаборатории USC доказали, что батарея имеет большие преимущества перед конкурентами.

 

Например, сульфат железа стоит дешево и он есть в изобилии – за 10 центов можно купить около 2,2 фунтов, в то время как крупномасштабное производство AQDS обойдется примерно в 1,60 доллара за фунт. При таких ценах материальные затраты на батареи, разработанный учеными USC, обойдутся в $66 за киловатт-час; в случае масштабного производства электричество будет стоить меньше половины энергии, получаемой от окислительно-восстановительных батарей, использующих ванадий, который является более дорогим и токсичным.

 

Кроме того, в ходе испытаний, проведенных в USC, ученые обнаружили, что батарея «железо-AQDS» может циклически перезаряжаться или перезаряжаться сотни раз практически без потерь энергии, в отличие от конкурирующих технологий. Долговечность для систем хранения энергии важна для крупномасштабного использования.

 

«Разработанные материалы отличаются высокой устойчивостью», – сказала Сурья Пракаш, соавтор исследования и директор Института Локера, сотрудничающий с командой Нараяна в разработке новых органических хинонов. «AQDS может производиться из любого углеродного сырья, включая углекислый газ». Железо – это земной нетоксичный элемент».

 

Технология также имеет преимущества по сравнению с хранением литий-ионных батарей. Распространение потребительской электроники и электромобилей, питающихся от литий-ионных батарей, создает дефицит этого элемента, что ведет к увеличению расходов. В свою очередь, такая экономика делает более привлекательными другие, менее дорогостоящие варианты хранения энергии, говорится в исследовании. Кроме того, литий-ионные батареи не так долго служат из-за подзарядки, как известно большинству тех, кто заряжает мобильные телефоны и ноутбуки.

 

«… Потоковая аккумуляторная система железо-AQDS представляет собой хорошую перспективу для одновременного удовлетворения высоких требований к стоимости, долговечности и масштабируемости для крупномасштабного хранения энергии», – говорится в исследовании.

 

Использование возобновляемых источников энергии растет, но в то же время ограничено в связи с ограничениями по хранению энергии. Хранение всего 20% современной солнечной и ветровой энергии требует резервной мощности в 700 гигаватт-часов. Одного гигаватт-часа достаточно для того, чтобы обеспечить электроэнергией около 700 000 домов в час.

 

«На сегодняшний день не существует экономически жизнеспособного, экологически чистого решения для хранения энергии, которое могло бы существовать в течение 25 лет. Литий-ионные батареи не имеют длительного срока службы, а в основе ванадиевых батарей лежат дорогие, относительно токсичные материалы, ограничивающие крупномасштабное использование. Наша система – это ответ на этот вызов. Мы предполагаем, что эти батареи будут использоваться в жилых, коммерческих и промышленных зданиях для улавливания возобновляемой энергии», – сказал Нараян.

 

https://econet.ru/articles/uchenye-razrabotali-uluchshennuyu-batareyu-okislitelno-vosstanovitelnogo-deystviya

 


14.05.2020