Dies Gestaltung von Flow-Batterien jener nächsten Generation stellt Rekorde hinauf
von Staff Writers
Richland WA (SPX) 12. Juli 2023
Ein gängiger Lebensmittel- und Arzneimittelzusatzstoff hat in einem Rekordexperiment gezeigt, dass er die Kondensator und Langlebigkeit eines Flow-Batteriedesigns jener nächsten Generation steigern kann.
Ein Forschungsteam des Pacific Northwest Patriotisch Laboratory des US-Energieministeriums berichtet, dass die Flow-Batterie, ein Gestaltung, dies zu Händen die Energiespeicherung im Stromnetz optimiert ist, ihre Fähigkeit zur Energiespeicherung und -abgabe mehr denn ein Jahr weit durch kontinuierliches Laden und Entlassen beibehielt.
Die ohne Rest durch zwei teilbar in jener Fachzeitschrift Joule veröffentlichte Studie beschreibt detailliert die erste Verwendung eines gelösten Einfachzuckers namens SS-Cyclodextrin, einem Stärkederivat, um die Nutzungsdauer und Kondensator von Batterien zu steigern. In einer Schlange von Experimenten optimierten die Wissenschaftler dies Verhältnis jener Chemikalien im System, solange bis eine um 60 von Hundert höhere Spitzenleistung erreicht wurde. Dann ließen sie die Batterie mehr denn ein Jahr weit immer wieder laufen und stoppten dies Testlauf erst, denn jener Kunststoffschlauch versagte. Während dieser ganzen Zeit verlor die Flow-Batterie kaum irgendetwas an Geschäftigkeit zum Aufladen. Dies ist dies erste Flow-Batterie-Testlauf im Labormaßstab, dies zusätzlich mehr denn ein Jahr Dauerbetrieb mit minimalem Kapazitätsverlust berichtet.
Dies SS-Cyclodextrin-Zusatz ist beiläufig dies erste, dies die elektrochemische Reaktion beschleunigt, die die Kraft jener Flow-Batterie speichert und dann freigibt, in einem Prozess, jener denn homogene Katalyse bezeichnet wird. Dies bedeutet, dass jener Zucker seine Wirkung entfaltet, während er in Lösungskonzept gelöst ist, und nicht denn Feststoff, jener hinauf eine Oberfläche aufgetragen wird.
„Dies ist ein völlig neuer Methode zur Entwicklungsverlauf von Elektrolyten zu Händen Durchflussbatterien“, sagte Wei Wang, ein langjähriger PNNL-Batterieforscher und Hauptforscher jener Studie. „Wir nach sich ziehen gezeigt, dass man zusammenführen völlig anderen Katalysatortyp verwenden kann, jener die Energieumwandlung beschleunigt. Und da er im flüssigen Elektrolyten gelöst ist, ist es darüber hinaus nicht möglich, dass sich ein Feststoff löst und dies System verunreinigt.“
Welches ist eine Flow-Batterie?
Wie jener Name schon sagt, Existenz Flow-Batterien aus zwei Kammern, die jeweils mit einer anderen Fluid voll sind. Die Batterien laden sich durch eine elektrochemische Reaktion hinauf und speichern Kraft in chemischen Bindungen. Wenn sie an zusammenführen externen Stromkreis verbunden werden, schenken sie welche Kraft ab, die elektrische Geräte mit Strom versorgen kann. Flow-Batterien unterscheiden sich von Festkörperbatterien im Zuge dessen, dass sie zusätzlich zwei externe Versorgungstanks verfügen, in denen ständig Fluid zirkuliert, um den Elektrolyten zu liefern, jener sozusagen die „Blutversorgung“ des Systems darstellt. Je größer jener Elektrolyt-Vorratsbehälter, umso mehr Kraft kann die Flow-Batterie speichern.
Wenn sie hinauf die Größe eines Fußballfeldes oder mehr vergrößert werden, können Flow-Batterien denn Ersatzgeneratoren zu Händen dies Stromnetz herhalten. Flow-Batterien sind eine jener tragenden Säulen einer Dekarbonisierungsstrategie zur Speicherung von Kraft aus erneuerbaren Energiequellen. Ihr Vorteil besteht darin, dass sie in jedem Messlatte gebaut werden können, vom Labormaßstab wie in jener PNNL-Studie solange bis hin zur Größe eines Stadtblocks.
Warum erfordern wir neuartige Flow-Batterien?
Große Energiespeicher offenstehen eine Genre Versicherungspolice gegen Störungen in unserem Stromnetz. Wenn Unwetter oder eine hohe Nachfrage die Stromversorgung von Haushalten und Unternehmen verschlimmern, kann die in großen Flow-Batterieanlagen gespeicherte Kraft dazu hinzufügen, Störungen zu minimieren oder den Werk wiederherzustellen. Dieser Begierde an diesen Flow-Batterie-Anlagen wird voraussichtlich weiter zunehmen, da die Stromproduktion zunehmend aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind-, Solar- und Wasserkraft erfolgt. Intermittierende Stromquellen wie welche erfordern zusammenführen Ort, an dem Kraft gespeichert werden kann, solange bis sie zur Deckung jener Verbrauchernachfrage gesucht wird.
Während es viele Flow-Batterie-Designs und manche kommerzielle Installationen gibt, sind bestehende kommerzielle Anlagen hinauf abgebauten Mineralien wie Vanadium angewiesen, die kostspielig und schwergewichtig zu beschaffen sind. Genug damit diesem Grund suchen Forschungsteams nachdem wirksamen Alternativtechnologien, die gängigere Materialien verwenden, die leichtgewichtig zu synthetisieren, stabil und ungiftig sind.
„Wir können nicht immer die Mutterboden nachdem neuen Materialien durchgraben“, sagte Imre Gyuk, Rektor zu Händen Energiespeicherforschung im Office of Electricity des DOE. „Wir sollen zusammenführen nachhaltigen Methode mit Chemikalien gedeihen, die wir in großen Mengen synthetisieren können – genau wie die Pharma- und Lebensmittelindustrie.“
Die Arbeit an Flow-Batterien ist Teil eines großen Programms nebst PNNL zur Entwicklungsverlauf und Prüfung neuer Technologien zu Händen die Energiespeicherung im Netzmaßstab, dies mit jener Eröffnung des Grid Storage Launchpad von PNNL im Jahr 2024 beschleunigt wird.
Ein wohltuendes „Zuckerwasser“ versüßt den Topf zu Händen eine effektive Flow-Batterie
Dies PNNL-Forschungsteam, dies dieses neue Batteriedesign entwickelt hat, besteht aus Forschern mit Hintergrund in jener organischen und chemischen Synthese. Sie Fähigkeiten erwiesen sich denn nützlich, denn dies Team sich entschied, mit Materialien zu funktionieren, die nicht zu Händen die Batterieforschung verwendet wurden, nur schon zu Händen andere industrielle Zwecke hergestellt werden.
„Wir suchten nachdem einer einfachen Möglichkeit, mehr Fluorenol in unserem wasserbasierten Elektrolyten aufzulösen“, sagte Ruozhu Feng, jener Erstautor jener neuen Studie. „Dies ss-Cyclodextrin half unterdies, wenn beiläufig scheu, nur jener wirkliche Vorteil war seine überraschende katalytische Fähigkeit.“
Anschließend arbeiteten die Forscher mit Cobalt-Autorin Sharon Hammes-Schiffer von jener Yale University zusammen, einer führenden Respektsperson hinauf dem Gebiet jener chemischen Reaktion, die dem katalytischen Boost zugrunde liegt, um zu verdeutlichen, wie es funktioniert.
Wie in jener Forschungsstudie beschrieben, nimmt jener Zuckerzusatz positiv geladene Protonen hinauf, welches dazu beiträgt, die Fortbewegung negativer Elektronen beim Entlassen jener Batterie auszugleichen. Die Feinheiten sind irgendetwas komplizierter, nur es ist, denn würde jener Zucker den Topf versüßen, damit die anderen Chemikalien ihren chemischen Tanz vollenden können.
Zwischen jener Studie handelt es sich um die nächste Generation eines PNNL-patentierten Flow-Batterie-Designs, dies erstmals 2021 in jener Fachzeitschrift Science beschrieben wurde. Dort zeigten die Forscher, dass eine weitere gängige Chemikalie namens Fluorenon eine wirksame Flow-Batterie-Komponente ist. Dieser erste Perforation musste jedoch verbessert werden, da jener Prozess im Vergleich zur kommerzialisierten Flow-Batterie-Technologie langsam war. Dieser neue Fortschritt macht dies Batteriedesign zu einem Kandidaten zu Händen eine Skalierung, sagen die Forscher.
Synchron arbeitet dies Forschungsteam daran, dies System weiter zu verbessern, während es mit anderen Verbindungen experimentiert, die dem ss-Cyclodextrin ähneln, nur dicker Teppich sind. Wie Honig führt beiläufig die Zugabe von SS-Cyclodextrin dazu, dass die Fluid dicker wird, welches zu Händen ein fließendes System nicht ideal ist. Trotz stellten die Forscher starr, dass die Vorteile die Nachteile überwogen.
Um die komplexe Chemie intrinsisch des neuen Flow-Batterie-Designs zu verstehen, war dies Fachwissen vieler Wissenschaftler erforderlich, darunter Ying Chen, Xin Zhang, Peiyuan Gao, Ping Chen, Sebastian Mergelsberg, Lirong Zhong, Aaron Hollas, Yangang Lian, Vijayakumar Murugesan, Qian Huang und Eric Walter und Yuyan Shao von PNNL sowie Benjamin JG Rousseau und Hammes-Schiffer von Yale sowie Feng und Wang.
Forschungsbericht:Protonenregulierte Alkoholoxidation zu Händen Anolyten zu Händen Durchflussbatterien hinauf Ketonbasis mit hoher Kondensator
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Pacific Northwest Patriotisch Laboratory
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