Heimild: Verkfræði.Columbia.edu
Endurnýjanlegir orkugjafar eins og Wind og Solar eru mikilvægir til að halda uppi plánetunni okkar, en þeir koma með mikla áskorun: þeir skapa ekki alltaf kraft þegar þess er þörf. Til að nýta þá þurfum við skilvirkar og hagkvæmar leiðir til að geyma orkuna sem þeir framleiða, þannig að við höfum kraft, jafnvel þegar vindurinn er ekki að blása eða sólin skín ekki.
Vísindamenn í Columbia Engineering Efni hafa verið einbeittir að því að þróa nýjar tegundir rafhlöður til að umbreyta því hvernig við geymum endurnýjanlega orku. Í nýrri rannsókn sem birt var 5. september by Nature Communications notaði teymið K-NA\/S rafhlöður sem sameina ódýrt, auðveldlega til að mynda þætti -- kalíum (k) og natríum (Na), ásamt brennisteini (s) -- til að búa til lágmark-kostnaðar, hágæða lausn fyrir langvarandi orkugeymslu.
„Það er mikilvægt að við getum lengt þann tíma sem þessar rafhlöður geta starfað og að við getum framleitt þær auðveldlega og ódýrar,“ sagði leiðtogi liðsins Yuan Yang, dósent í efnafræði og verkfræði í deildinni með beitt eðlisfræði og stærðfræði við Columbia Engineering. „Að gera endurnýjanlega orku áreiðanlegri mun hjálpa til við að koma á stöðugleika í orkukerfi okkar, draga úr ósjálfstæði okkar á jarðefnaeldsneyti og styðja sjálfbærari orku framtíð fyrir okkur öll.“
Ný salta hjálpar K-NA\/S rafhlöðum að geyma og losa orku á skilvirkari hátt
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) sem þurfa flókna hitastjórnun og auka þannig kostnaðinn við ferlið. Fyrri rannsóknir hafa glímt við traustan botnfall og litla afkastagetu og leitin hefur verið á nýrri tækni til að bæta þessar tegundir rafhlöður.
Hópur Yang þróaði nýja raflausn, leysi af asetamíði og ε-caprolactam, til að hjálpa rafhlöðunni og losa orku. Þessi salta getur leyst upp K2S2 og K2 og aukið orkuþéttleika og aflþéttleika millistigs K\/S rafhlöður. Að auki gerir það rafhlöðunni kleift að starfa við mun lægri hitastig (um 75 gráðu) en fyrri hönnun, en nær samt næstum því hámarks mögulega orkugeymslu.
„Aðferð okkar nær næstum fræðilegri losunargetu og lengd hringrásarlífi. Þetta er mjög spennandi á sviði millistigshita K\/S rafhlöður,“ sagði fyrsti rithöfundur rannsóknarinnar Zhenghao Yang, doktorsnemi með Yang.
Leið til sjálfbærrar orkuy framtíð
Hópur Yang er tengdur Columbia Electrochemical Energy Center (CEEC), sem tekur margvísleg nálgun til að uppgötva byltingarkennda tækni og flýta fyrir markaðssetningu. CEEC gengur til liðs við deildir og vísindamenn víðsvegar um verkfræðideild og beitt vísindi sem rannsaka rafefnafræðilega orku með hagsmuni, allt frá rafeindum til tækja til kerfa. Iðnaðarsamstarf þess gerir kleift að átta sig á byltingum í geymslu og umbreytingu á rafefnafræðilegum orku.
Ætlar að stækka upp
Þó að teymið sé nú einbeitt að litlum, myntstærðum rafhlöðum, er markmið þeirra að lokum að auka þessa tækni til að geyma mikið magn af orku. Ef þeim tekst vel gætu þessar nýju rafhlöður veitt stöðugt og áreiðanlegt aflgjafa frá endurnýjanlegum aðilum, jafnvel á tímum lítillar sólar eða vinds. Liðið vinnur nú að því að hámarka raflausnarsamsetningu.
