Bron: engineering.columbia.edu
Hernieuwbare energiebronnen zoals wind en zonne -energie zijn van cruciaal belang om onze planeet te ondersteunen, maar ze komen met een grote uitdaging: ze genereren niet altijd kracht wanneer dat nodig is. Om er het beste uit te halen, hebben we efficiënte en betaalbare manieren nodig om de energie die ze produceren op te slaan, dus we hebben kracht, zelfs wanneer de wind niet waait of de zon niet schijnt.
Wetenschappers van het Columbia Engineering Materiaal zijn gericht op het ontwikkelen van nieuwe soorten batterijen om te transformeren hoe we hernieuwbare energie opslaan. In een nieuwe studie die op 5 september werd gepubliceerd door Natuurcommunicatie, gebruikte het team K-Na\/S-batterijen die goedkope, gemakkelijk gevonden elementen -- kalium (K) en natrium (NA) combineren, samen met zwavel (s) -- om een low-cost, hoog-energy-oplossing voor energieopslag te creëren.
"Het is belangrijk dat we in staat zijn om de tijd van deze batterijen te verlengen, en dat we ze gemakkelijk en goedkoop kunnen produceren", zei leider Yuan Yang, universitair hoofddocent materiaalwetenschappen en engineering bij de afdeling Applied Physics and Mathematics bij Columbia Engineering. "Het betrouwbaarder maken van hernieuwbare energie zal helpen onze energienetten te stabiliseren, onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen en een meer duurzame energie -toekomst voor ons allemaal te ondersteunen."
Nieuwe elektrolyt helpt K-Na\/S-batterijen op te slaan en de energie efficiënter vrij te maken
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) die complex thermisch beheer nodig hebben, waardoor de kosten van het proces worden verhoogd. Eerdere studies hebben geworsteld met vaste neerslag en lage capaciteit en de zoekopdracht is ingesteld op een nieuwe techniek om dit soort batterijen te verbeteren.
De groep van Yang ontwikkelde een nieuwe elektrolyt, een oplosmiddel van acetamide en ε-caprolactam, om de batterij te helpen op te slaan en energie vrij te geven. Deze elektrolyt kan K2S2 en K2S oplossen, waardoor de energiedichtheid en de vermogensdichtheid van K\/S-batterijen van de tussenliggende temperatuur worden verbeterd. Bovendien stelt het de batterij in staat om op een veel lagere temperatuur (ongeveer 75 graden) te werken dan eerdere ontwerpen, terwijl het nog steeds bijna de maximaal mogelijke energieopslagcapaciteit bereikt.
"Onze aanpak bereikt bijna theoretische ontladingscapaciteiten en verlengde levensduur. Dit is zeer opwindend op het gebied van intermediair-temperatuur K\/S-batterijen," zei de co-first auteur Zhenghao Yang, een promovendus van de studie, een promovendus met Yang.
Pad naar een duurzame energiey toekomst
De groep van Yang is aangesloten bij het Columbia Electrochemical Energy Center (CEEC), dat een multischaalbenadering hanteert om baanbrekende technologie te ontdekken en commercialisering te versnellen. CEEC sluit zich aan bij de faculteiten en onderzoekers van de hele school voor engineering en Applied Science die elektrochemische energie bestuderen met interesses variërend van elektronen tot apparaten tot systemen. De industriële partnerschappen maken de realisatie van doorbraken mogelijk in elektrochemische energieopslag en -conversie.
Plan om op te schalen
Hoewel het team momenteel gericht is op kleine batterijen ter grootte van een munt, is hun doel om deze technologie uiteindelijk op te schalen om grote hoeveelheden energie op te slaan. Als ze succesvol zijn, kunnen deze nieuwe batterijen een stabiele en betrouwbare voeding bieden uit hernieuwbare bronnen, zelfs in tijden van lage zon of wind. Het team werkt nu aan het optimaliseren van de elektrolytencompositie.