Forskning nærmer seg å produsere revolusjonerende batteri for å drive fornybar energiindustri

Genetic Engineering Will Change Everything Forever – CRISPR (April 2019).

Anonim

Enhver beboer i Great Plains kan attestere til den enorme skalaen av vindmølleparker som i økende grad prikker landet. I Midtvesten og andre steder står vindenergi for et stadig større stykke USAs energiproduksjon: I løpet av de siste tiårene ble 143 milliarder dollar investert i nye vindprosjekter, ifølge American Wind Energy Association.

Men bommen i vindenergi står overfor en hindring - hvordan man effektivt og billig lagrer energi som genereres av turbiner når vinden blåser, men energikravene er lave.

"Vi får mye vind om natten, mer enn om dagen, men etterspørselen etter elektrisitet er lavere om natten, så de dumper det eller de låser opp turbiner - vi sliter med elektrisitet, " sa professor Trung Van Nguyen, professor av petroleum og kjemisk ingeniørfag ved University of Kansas. "Hvis vi kunne lagre dette overskudd om natten og selge eller levere det i løpet av dagen på toppefterspørsel, vil dette gi vindmølleeiere mulighet til å tjene mer penger og utnytte deres investering. Samtidig distribuerer du mer vindkraft og reduserer etterspørselen etter fossilt brensel."

Siden 2010 har Nguyen ledet forskning for å utvikle et avansert hydrogenbromstrømbatteri, en avansert batteridesign i industriell skala. Det ville omtrent være størrelsen på en semi-truck som ingeniører har strengt utviklet seg siden 1960-tallet. Det kan fungere like godt å lagre elektrisitet fra solfarmar, for å bli utslettet over natten når det ikke er sol.

Nguyen finansiert først av National Science Foundation og senere av Advanced Research Projects Agency-Energy, og har jobbet med forskere fra University of California ved Santa Barbara, Vanderbilt University, University of Texas i Arlington og Case Western Reserve University. Underveis har Nguyen overvåket gjennombruddsarbeid på viktige komponenter av hydrogen-brombatteri.

For det er elektroden Nguyen utviklet på KU. Et batteriets elektrode er hvor den elektriske strømmen går inn i eller forlater batteriet når det er utladet. For å være maksimal effektiv trenger en elektrode mye overflateareal. Nguyen team har utviklet en karbonelektrode med høyere overflate ved å dyrke karbonnanorør direkte på karbonfibrene i en porøs elektrode.

"Før arbeidet brukte folk papir-karbonelektroder og måtte stable elektroder sammen for å generere høy effekt, " sa han. "Elektrodene måtte være mye tykkere og dyrere fordi du måtte bruke flere lag - de var større og mer resistive. Vi kom opp med en enkel, men ny ide å dyrke små karbon nanorør direkte på toppen av karbonfibre inne i elektroder -Likt små hår - og vi økte overflaten med 50-70 ganger. Vi løste kravet til høy overflate for hydrogen-bromebatterier. "

Et sentralt problem som gjenstår før et hydrogenbromidbatteri kan markedsføres med suksess er utviklingen av en effektiv katalysator for å akselerere reaksjonene på hydrogensiden av batteriet og gi høyere utgang mens man overlever den ekstreme korrosjonen i systemet. Nå, med finansiering fra en NSF-underpris gjennom et privat selskap kalt Proton OnSite, går Nguyen på å løse denne siste barrieren.

"Jeg tror vi er på randen av et ekte gjennombrudd, " sa han. "Vi trenger en slitesterk katalysator, noe som har samme aktivitet som den beste katalysatoren der ute, men det kan overleve dette miljøet. Vårt tidligere materiale hadde ikke tilstrekkelig overflateareal for å gi nok effekt. Men jeg har kunnet Fortsett å jobbe med denne rhodiumsulfidkatalysatoren. Jeg tror vi har funnet ut en måte å øke overflaten på. Vi har nå en bedre måte, og vi kan publisere det om tre til seks måneder - vi har noen mindre problemer å løse, men Jeg tror vi vil ha et egnet materiale for hydrogenreaksjonen i dette systemet. "

De nye resultatene for å utvikle et avansert hydrogenbromstrømbatteri av industriell skala vil bli presentert på møtet i det elektrokjemiske samfunnet i Seattle i mai.

Faktisk, Nguyen-som har grunnlagt flere oppstartsselskaper over sin forskningskarriere, bemerket at det nye hydrogenbrombatteriet snart kunne kommersialiseres og enkelt kunne skaleres til MWh (strøm) MWh (energi) skalaer som kommer i modulær containerform, om 1MWh i en fullstørrelsesbeholder. Men han varslet at den bare kunne brukes på fjerntliggende industriområder - steder som vind- og solparker, hvor de store batteriene sannsynligvis ville bli begravet under jorden.

"Dette energilagringssystemet, på grunn av dets korrosivitet, er ikke egnet for bolig- eller kommersielle systemer, " sa han. "Brom er som klorgass. Grav et hull, rør det med sement eller plast, slipp dette batteriet ned og dekk det opp - det skal være i et lukket eller forseglet system for å forhindre lekkasje eller utslipp av bromgass. Dette vil bare være egnet for storskala ekstern energilagring som solbruk og vindparker. "

KU-forskeren sa at økningen av fornybar energi ville avhenge av teknologien gjennombrudd som gjør økonomien attraktiv for energiproducenter og investorer, og han håpet at hans nye batteridesign kunne spille en rolle.

"Måten vi bruker fossilt brensel for energi er svært ineffektivt, sløsing og genererer klimagasser, " sa Nguyen. "For fossile brensel foretar du den opprinnelige investeringen, og du betaler også for drift hver dag - betaler for kull eller naturgass for resten av kraftverkets levetid. Når du gjør den første investeringen i fornybar energi, gjør du strømmen du lager er gratis."

menu
menu