Дослідники з Університету штату Пенсильванія (Pennsylvania State) шукають інноваційні способи поліпшення зберігання енергії, щоб краще використовувати технології відновлюваної енергії.
Поліпшення зберігання енергії
- Поліпшення хімії батарей
- Перетворення відпрацьованого тепла в енергію
Системи відновлюваної енергії, такі як вітрова та сонячна, здатні виробляти достатньо електроенергії для живлення цілих спільнот. Однак, вони покладаються на природні процеси для виробництва необхідної електрики, і природа може бути непередбачуваною. Це призводить до припливу і відпливу у виробництві відновлюваної електроенергії. Часом вітер та сонячна енергія здатні виробляти більше енергії, ніж необхідно енергосистемі, що призводить до зниження цін на електроенергію. З іншого боку, якщо вітер припиняється або настає період поганої погоди, виробництво електроенергії зупиняється і ціни стрімко зростають.
Це явище надихнуло Хола почати вивчення більш ефективних з точки зору витрат стратегій зберігання енергії в рамках численних спільних дослідницьких проєктів.
Поліпшення хімії батарей
Хол, разом з доцентом Крістофером Горскі і професором Сергієм Львовим використовують хімію лігандів для поліпшення електрохімічних характеристик.
Ліганди – це іони або молекули, що зв’язуються з центральним металом. Вони зазвичай використовуються в природних процесах для зміни реакційної здатності металів, але раніше вони не використовувалися в проточних батареях. Дослідники використовують такі матеріали, як мідь, залізо і хром, які дешевше традиційних матеріалів, таких як літій, кобальт і ванадій, і з’єднують їх з лігандами, щоб значно знизити капітальні витрати, пов’язані з виробництвом батарей.
Потім команда проведе експерименти, щоб визначити, чи досягають комплекси метал-ліганд високої щільності накопичення енергії. Вони будуть робити це в три етапи: термодинамічний, кінетичний і повне клітинне тестування. На кожному етапі будуть перевірятися різні ключові параметри для типової батареї окислювально-відновного потоку. Термодинамічна фаза буде досліджувати, як ліганди впливають на потенціал електрода, а потім кінетична фаза буде перевіряти, який електричний струм може бути використаний. Нарешті, дослідники протестують всі компоненти разом, щоб побачити, як вони працюють в унісон.
Дослідники сподіваються, що цей проєкт забезпечить попередні результати, необхідні для отримання більш великих грантів, спрямованих на розробку нових хімікатів для проточних акумуляторів, і дозволить отримати фундаментальне уявлення про те, чому і як ліганди змінюють реакційна здатність комплексів металів.
Перетворення відпрацьованого тепла в енергію
Хол також працює з професором Брюсом Логаном і доцентом Метью Рау над дослідженнями, які фінансуються завдяки іншому гранту, який спрямований на підвищення продуктивності і можливостей вихідних потужностей проточних батарей, заряджених відпрацьованим теплом, а не електрикою.
Як і у випадку з іншим проєктом Холу, ця команда використовує технологію проточної батареї, але з унікальним методом теплової зарядки. Проєкт на тему «Підвищення питомої потужності і циклічної ефективності нових теплових батарей з тепловим зарядом і використанням удосконалених топологій в проточній батареї», буде спрямований на підвищення щільності потужності за допомогою характерних схем поля витрати батареї. Вони будуть робити це за допомогою комп’ютерного моделювання з використанням програмного забезпечення-COMSOL Multiphysics.
У традиційній батареї хімічна реакція створює потенціал розряду, генеруючи електрику. Коли відбувається процес перезаряджання, необхідно використовувати деяку кількість електроенергії. Для цієї нової технології дослідники перезаряджають батарею, розділяючи дві хімічні речовини, використовуючи відпрацьоване тепло. Коли ці хімічні речовини об’єднуються разом, вони створюють хімічну реакцію, яка генерує електрику, що усуває необхідність використання додаткової електрики для зарядки акумулятора.
За словами Рау, основна ідея існує приблизно п’ять років, але дослідники прагнуть поліпшити продуктивність базової моделі, щоб вона стала комерційно життєздатною.
Дослідники сподіваються, що експерименти, проведені до початку цього дослідження, дали їм інструменти, необхідні для успіху.
Ці проєкти ілюструють необхідність розробки великомасштабних технологій накопичення енергії, які добре поєднуються з технологіями відновлюваної енергії, сказав Хол.
Натхнення: econet.ru