De organische stroombatterij zou de opslag van hernieuwbare energie kunnen transformeren

Anonim

De organische stroombatterij zou de opslag van hernieuwbare energie kunnen transformeren

Wetenschap

Grant Banks

15 januari 2014

2 afbeeldingen

Een goedkope organische batterij met hoge capaciteit is ontwikkeld door professor Michael Aziz aan de Harvard School of Engineering and Applied Sciences

Onderzoekers van Harvard hebben een goedkope, hoge capaciteit, organische batterij ontwikkeld die op koolstof gebaseerde materialen als elektrolyten gebruikt in plaats van metalen. De onderzoekers zeggen dat de technologie een doorbraak is in de opslag van hernieuwbare energie door het oplossen van de intermitterende generatieproblemen waarmee hernieuwbare bronnen, zoals wind en zon, worden geconfronteerd. De batterij biedt een grote hoeveelheid elektriciteitsopslag niet mogelijk met solid-state batterijen en tegen een fractie van de kosten van de bestaande stroombatterijtechnologie.

Energie in stroombatterijen wordt opgeslagen in vloeistoffen die in externe tanks worden gehouden, wat betekent dat de opslagcapaciteit alleen wordt beperkt door de grootte van de tanks. Hierdoor kunnen grotere hoeveelheden energie worden opgeslagen dan bij traditionele batterijen met vaste elektroden. De bestaande stroombatterijtechnologie gebruikt echter dure metalen, zoals vanadium of platina, als elektrolyten, wat resulteert in hoge kosten per kilowattuur opslag.

"De hele wereld van elektriciteitsopslag gebruikt metaalionen in verschillende laadtoestanden, maar er is een beperkt aantal dat u in oplossing kunt brengen en gebruiken om energie op te slaan, en geen van hen kan economisch enorme hoeveelheden hernieuwbare energie opslaan", zegt professor Roy Gordon, de Thomas D. Cabot hoogleraar scheikunde aan Harvard.

De Harvard-benadering maakt gebruik van de elektrochemie van chinonen, organische moleculen die vergelijkbaar zijn met moleculen die energie opslaan in planten en dieren en overvloedig aanwezig zijn in ruwe olie en groene planten. Met behulp van deze natuurlijke overvloedige en goedkope organische moleculen hebben de onderzoekers een metaalvrije stroombatterij ontwikkeld die al zo goed presteert als vanadiumstroombatterijen, terwijl ze aanzienlijk minder dure chemicaliën en geen edele metalen gebruiken.

"Met organische moleculen introduceren we een enorme nieuwe reeks mogelijkheden", zegt professor Gordon. "Sommigen van hen zullen verschrikkelijk zijn en sommige zullen echt goed zijn. Met deze quinones hebben we de eerste die er echt goed uitzien. "

Met behulp van high-throughput moleculaire screening werden meer dan 10.000 chinon-moleculen onderzocht en een vrijwel identiek aan die gevonden in rabarber werd geselecteerd. De chinonen worden opgelost in water om te voorkomen dat ze vlam vatten.

Er zijn grote opslagtanks nodig om de energie te vangen die wordt geproduceerd door commerciële zonne- of windenergie-installaties. Er is voorgesteld om deze op locatie te plaatsen of in het netwerk te integreren. Op huishoudelijk niveau kunnen kleinere batterijen worden gebruikt, waardoor de technologie een nuttige back-up is voor de 20 procent van de wereldbevolking die niet op het net is aangesloten.

"Stel je voor dat een apparaat zo groot is als een stookolietank die in je kelder zit, " zegt co-hoofdauteur Michael Marshak. "Het zou een dag zonneschijn opslaan van de zonnepanelen op het dak van uw huis, mogelijk genoeg om uw huishouden van de late namiddag, de nacht, de volgende ochtend van stroom te voorzien, zonder fossiele brandstoffen te verbranden, "

De technologie wordt nu geconfronteerd met een slopende testprocedure om de afbraaksnelheid in duizenden cycli te beoordelen, waarbij vroege tests geen tekenen van degradatie aangeven. Een op Connecticut gebaseerde commerciële medewerker, Sustainable Innovations, hoopt in ongeveer drie jaar een draagbaar demonstratiemodel klaar te hebben en zal het product op de markt brengen als het klaar is.

Het onderzoek van het team werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature . In het kader van het OPEN 2012-programma ontving het team van Harvard financiering van het Amerikaanse ministerie van Energie, Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E).

Bron: Harvard School of Engineering and Applied Sciences

Met de wijzers van de klok mee van links: Dr. Changwon Suh, Prof Roy G Gordon, Dr Brian Huskinson, Dr Suleyman Er, Dr Michael Marshak, Prof Alán Aspuru-Guzik, Prof Michael J Aziz, Michael Gerhardt en Lauren Hartle

Een goedkope organische batterij met hoge capaciteit is ontwikkeld door professor Michael Aziz aan de Harvard School of Engineering and Applied Sciences