Zdroj: Engineering.columbia.edu
Obnovitelné zdroje energie, jako je vítr a sluneční energie, jsou rozhodující pro udržení naší planety, ale přicházejí s velkou výzvou: ne vždy vytvářejí energii, když je to potřeba. Abychom z nich co nejlépe využili, potřebujeme efektivní a dostupné způsoby, jak ukládat energii, kterou produkují, takže máme sílu, i když vítr nefunguje nebo slunce neskní.
Vědci z Columbia Engineering Material vědci se zaměřili na vývoj nových druhů baterií, aby transformovali způsob, jakým ukládáme obnovitelnou energii. V nové studii zveřejněné 5. září společností Nature Communications používal tým K-NA\/S baterie, které kombinují levné, snadno nalezené prvky -- draslík (k) a sodík (NA), spolu s sírou (S) --, aby vytvořili nízkonáriskový, vysoce energetické řešení pro dlouhodobou energii.
„Je důležité, abychom mohli prodloužit dobu, po kterou mohou tyto baterie fungovat, a abychom je mohli snadno a levně vyrobit,“ uvedl vůdce týmu Yuan Yang, docent materiálových věd a inženýrství na ministerstvu aplikované fyziky a matematiky v Columbia Engineering. „Spolehlivější zvýšení obnovitelné energie pomůže stabilizovat naše energetické sítě, snížit naši závislost na fosilních palivech a podpořit pro nás všechny udržitelnější energetickou budoucnost.“
Nový elektrolyt pomáhá efektivněji ukládat a uvolňovat energii baterií K-na\/S
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), které vyžadují složité tepelné řízení, čímž se zvyšuje náklady na proces. Předchozí studie se potýkaly s pevnými sraženinami a nízkou kapacitou a vyhledávání proběhlo novou techniku pro zlepšení těchto typů baterií.
Yangova skupina vyvinula nový elektrolyt, rozpouštědlo acetamidu a ε-caprolactam, aby pomohl úložišti baterií a uvolňování energie. Tento elektrolyt může rozpustit K2S2 a K2S, což zvyšuje hustotu energie a hustotu výkonu meziproduktů K\/S baterií. Kromě toho umožňuje baterii pracovat při mnohem nižší teplotě (přibližně 75 stupňů) než předchozí návrhy, přičemž stále dosahuje téměř maximální možnou kapacitu pro skladování energie.
"Náš přístup dosahuje téměř teoretických kapacit pro vypouštění a prodlouženou životnost cyklu. To je velmi vzrušující v oblasti meziproduktů K\/S baterií," uvedl spolu-první autor studie Zhenghao Yang, student PhD s Yangem.
Cesta k udržitelné energiiy budoucnost
Yangova skupina je spojena s elektrochemickým energetickým centrem v Columbii (CEEC), které zaujme multiscale přístup k objevování průkopnické technologie a urychlení komercializace. CEEC se spojí s fakultou a výzkumníky z celé školy inženýrství a aplikované vědy, kteří studují elektrochemickou energii se zájmy od elektronů po zařízení po systémy. Její průmyslová partnerství umožňují realizaci průlomů při skladování a přeměně elektrochemického energie.
Plánování zvětšení
Zatímco tým je v současné době zaměřen na malé baterie o velikosti mincí, jejich cílem je nakonec rozšířit tuto technologii tak, aby uložila velké množství energie. Pokud jsou úspěšní, tyto nové baterie by mohly poskytnout stabilní a spolehlivé napájení z obnovitelných zdrojů, a to i v době nízkého slunce nebo větru. Tým nyní pracuje na optimalizaci složení elektrolytů.
