Kilde: Engineering.Columbia.edu
Vedvarende energikilder som vind og sol er kritisk for at opretholde vores planet, men de kommer med en stor udfordring: De genererer ikke altid strøm, når det er nødvendigt. For at få mest muligt ud af dem har vi brug for effektive og overkommelige måder at opbevare den energi, de producerer, så vi har kraft, selv når vinden ikke blæser, eller solen ikke skinner.
Columbia Engineering Material -forskere har været fokuseret på at udvikle nye slags batterier for at omdanne, hvordan vi opbevarer vedvarende energi. I en ny undersøgelse, der blev offentliggjort 5. september af Nature Communications, brugte teamet K-NA\/S-batterier, der kombinerede billige, let fundne elementer -- kalium (K) og natrium (NA), sammen med svovl (er) -- for at skabe en lav omkostning, høje energiopløsning til langvarig energilagg.
"Det er vigtigt, at vi kan udvide den tid, disse batterier kan fungere, og at vi let kan fremstille dem og billigt," sagde holdets leder Yuan Yang, lektor i materialevidenskab og teknik i Institut for Anvendt fysik og matematik ved Columbia Engineering. "At gøre vedvarende energi mere pålidelig vil hjælpe med at stabilisere vores energitil, reducere vores afhængighed af fossile brændstoffer og understøtte en mere bæredygtig energi fremtid for os alle."
Ny elektrolyt hjælper K-NA\/s batterier med at opbevare og frigive energi mere effektivt
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), der har brug for kompleks termisk styring, hvilket øger omkostningerne ved processen. Tidligere undersøgelser har kæmpet med solide bundfald og lav kapacitet, og søgningen har været på efter en ny teknik for at forbedre disse typer batterier.
Yangs gruppe udviklede en ny elektrolyt, et opløsningsmiddel af acetamid og e-caprolactam, for at hjælpe batteributikken og frigive energi. Denne elektrolyt kan opløses K2S2 og K2S, hvilket forbedrer energitætheden og effekttætheden af mellemtemperatur K\/S-batterier. Derudover giver det batteriet mulighed for at fungere ved en meget lavere temperatur (ca. 75 grader) end tidligere design, mens det stadig opnås næsten den maksimale mulige energilagringskapacitet.
"Vores tilgang opnår næsten teoretiske decharge-kapaciteter og forlængede cykluslevetid. Dette er meget spændende inden for mellemtemperatur K\/S-batterier," sagde undersøgelsens medforfatter Zhenghao Yang, en ph.d.-studerende med Yang.
Sti til en bæredygtig energiy fremtid
Yangs gruppe er tilknyttet Columbia Electrochemical Energy Center (CEEC), der tager en multiscale tilgang til at opdage banebrydende teknologi og fremskynde kommercialisering. CEEC sammenføjer fakultetet og forskere fra hele School of Engineering and Applied Science, der studerer elektrokemisk energi med interesser, der spænder fra elektroner til enheder til systemer. Dets industripartnerskaber muliggør realisering af gennembrud i opbevaring og konvertering og konvertering af elektrokemisk energi.
Planlægger at skalere op
Mens teamet i øjeblikket er fokuseret på små, møntstore batterier, er deres mål at til sidst skalere denne teknologi til at opbevare store mængder energi. Hvis de har succes, kan disse nye batterier give en stabil og pålidelig strømforsyning fra vedvarende kilder, selv i tider med lav sol eller vind. Holdet arbejder nu på at optimere elektrolytsammensætningen.
