Peneliti dari Harvard John A. Paulson Sekolah Teknik dan Ilmu Terapan (LAUT) telah mengembangkan baterai aliran baru yang menyimpan energi dalam molekul organik terlarut dalam air pH netral. kimia baru ini memungkinkan untuk non-toksik, baterai non-korosif dengan seumur hidup sangat panjang dan menawarkan potensi untuk secara signifikan mengurangi biaya produksi.
Penelitian, yang diterbitkan dalam ACS Energi Letters,
dipimpin oleh Michael Aziz, yang Gene dan Tracy Sykes Profesor Material
dan Teknologi Energi dan Roy Gordon, Thomas Dudley Cabot Profesor Kimia
dan Profesor Ilmu Material.
Mengalir baterai menyimpan energi dalam solusi cair dalam tangki eksternal - semakin besar tank, semakin banyak energi yang mereka simpan. baterai aliran adalah solusi penyimpanan yang menjanjikan untuk terbarukan, energi intermiten seperti angin dan matahari tetapi baterai aliran saat ini sering mengalami kapasitas penyimpanan energi yang terdegradasi setelah banyak siklus charge-discharge, membutuhkan perawatan berkala dari elektrolit untuk mengembalikan kapasitas.
Dengan memodifikasi struktur molekul yang digunakan dalam larutan elektrolit positif dan negatif, dan membuat mereka air larut, tim Harvard mampu insinyur baterai yang kehilangan hanya satu persen dari kapasitas per 1000 siklus.
"Baterai Lithium ion bahkan tidak bertahan 1000 biaya / siklus debit lengkap," kata Aziz.
"Karena kami mampu melarutkan elektrolit dalam air netral, ini adalah baterai tahan lama yang Anda dapat menempatkan di ruang bawah tanah Anda," kata Gordon. "Jika tumpah di lantai, tidak akan makan beton dan karena media adalah noncorrosive, Anda dapat menggunakan bahan yang lebih murah untuk membangun komponen baterai, seperti tank dan pompa."
Penurunan ini biaya adalah penting. Departemen Energi (DOE) telah menetapkan tujuan membangun baterai yang dapat menyimpan energi untuk kurang dari $ 100 per kilowatt-jam, yang akan membuat disimpan angin dan energi surya kompetitif untuk energi yang dihasilkan dari pembangkit listrik tradisional.
"Jika Anda bisa mendapatkan mendekati target biaya ini maka Anda mengubah dunia," kata Aziz. "Ini menjadi biaya yang efektif untuk menempatkan baterai di begitu banyak tempat. Penelitian ini menempatkan kita satu langkah lebih dekat untuk mencapai target itu."
"Ini bekerja pada elektrolit organik larut air adalah sangat penting tinggi dalam menunjuk jalan menuju baterai masa depan dengan jauh lebih baik siklus hidup dan biaya jauh lebih rendah," kata Imre Gyuk, Direktur Energi Storage Penelitian di Kantor Listrik dari DOE. "Saya berharap bahwa efisien, durasi panjang baterai aliran akan menjadi standar sebagai bagian dari infrastruktur jaringan listrik."
Kunci untuk merancang baterai adalah untuk pertama mencari tahu mengapa molekul sebelumnya yang merendahkan begitu cepat dalam larutan netral, kata Eugene Beh, postdoctoral fellow dan penulis pertama kertas. Dengan terlebih dahulu mengidentifikasi bagaimana viologen molekul dalam elektrolit negatif membusuk, Beh mampu memodifikasi struktur molekul untuk membuatnya lebih tangguh.
Selanjutnya, tim beralih ke ferrocene, molekul terkenal karena sifat elektrokimia, untuk elektrolit positif.
"Ferrocene besar untuk menyimpan muatan tapi benar-benar larut dalam air," kata Beh. "Ini telah digunakan dalam baterai lainnya dengan pelarut organik, yang mudah terbakar dan mahal."
Tapi dengan Fungsionalisasi molekul ferrocene dengan cara yang sama seperti dengan viologen, tim mampu mengubah molekul tidak larut menjadi salah satu yang sangat larut yang juga bisa bersepeda secara stabil.
"Encer ferrocenes larut mewakili seluruh kelas baru molekul untuk baterai aliran," kata Aziz.
PH netral harus sangat membantu dalam menurunkan biaya membran ion-selektif yang memisahkan dua sisi baterai. Kebanyakan baterai aliran saat ini menggunakan polimer mahal yang dapat menahan kimia agresif dalam baterai. Mereka dapat menjelaskan hingga sepertiga dari total biaya perangkat. Dengan dasarnya garam air di kedua sisi membran, polimer mahal dapat diganti dengan hidrokarbon murah.
Penelitian ini ditulis bersama oleh Diana De Porcellinis, Rebecca Gracia, dan Kay Xia. Hal ini didukung oleh Kantor Pengiriman Listrik dan Energi Keandalan dari DOE dan oleh DOE Advanced Research Projects Agency-Energi.
Dengan bantuan dari Kantor Harvard Pengembangan Teknologi (OTD), para peneliti bekerja dengan beberapa perusahaan untuk meningkatkan teknologi untuk aplikasi industri dan untuk mengoptimalkan interaksi antara membran dan elektrolit. Harvard OTD telah mengajukan portofolio pending paten atas inovasi dalam teknologi baterai aliran.
Mengalir baterai menyimpan energi dalam solusi cair dalam tangki eksternal - semakin besar tank, semakin banyak energi yang mereka simpan. baterai aliran adalah solusi penyimpanan yang menjanjikan untuk terbarukan, energi intermiten seperti angin dan matahari tetapi baterai aliran saat ini sering mengalami kapasitas penyimpanan energi yang terdegradasi setelah banyak siklus charge-discharge, membutuhkan perawatan berkala dari elektrolit untuk mengembalikan kapasitas.
Dengan memodifikasi struktur molekul yang digunakan dalam larutan elektrolit positif dan negatif, dan membuat mereka air larut, tim Harvard mampu insinyur baterai yang kehilangan hanya satu persen dari kapasitas per 1000 siklus.
"Baterai Lithium ion bahkan tidak bertahan 1000 biaya / siklus debit lengkap," kata Aziz.
"Karena kami mampu melarutkan elektrolit dalam air netral, ini adalah baterai tahan lama yang Anda dapat menempatkan di ruang bawah tanah Anda," kata Gordon. "Jika tumpah di lantai, tidak akan makan beton dan karena media adalah noncorrosive, Anda dapat menggunakan bahan yang lebih murah untuk membangun komponen baterai, seperti tank dan pompa."
Penurunan ini biaya adalah penting. Departemen Energi (DOE) telah menetapkan tujuan membangun baterai yang dapat menyimpan energi untuk kurang dari $ 100 per kilowatt-jam, yang akan membuat disimpan angin dan energi surya kompetitif untuk energi yang dihasilkan dari pembangkit listrik tradisional.
"Jika Anda bisa mendapatkan mendekati target biaya ini maka Anda mengubah dunia," kata Aziz. "Ini menjadi biaya yang efektif untuk menempatkan baterai di begitu banyak tempat. Penelitian ini menempatkan kita satu langkah lebih dekat untuk mencapai target itu."
"Ini bekerja pada elektrolit organik larut air adalah sangat penting tinggi dalam menunjuk jalan menuju baterai masa depan dengan jauh lebih baik siklus hidup dan biaya jauh lebih rendah," kata Imre Gyuk, Direktur Energi Storage Penelitian di Kantor Listrik dari DOE. "Saya berharap bahwa efisien, durasi panjang baterai aliran akan menjadi standar sebagai bagian dari infrastruktur jaringan listrik."
Kunci untuk merancang baterai adalah untuk pertama mencari tahu mengapa molekul sebelumnya yang merendahkan begitu cepat dalam larutan netral, kata Eugene Beh, postdoctoral fellow dan penulis pertama kertas. Dengan terlebih dahulu mengidentifikasi bagaimana viologen molekul dalam elektrolit negatif membusuk, Beh mampu memodifikasi struktur molekul untuk membuatnya lebih tangguh.
Selanjutnya, tim beralih ke ferrocene, molekul terkenal karena sifat elektrokimia, untuk elektrolit positif.
"Ferrocene besar untuk menyimpan muatan tapi benar-benar larut dalam air," kata Beh. "Ini telah digunakan dalam baterai lainnya dengan pelarut organik, yang mudah terbakar dan mahal."
Tapi dengan Fungsionalisasi molekul ferrocene dengan cara yang sama seperti dengan viologen, tim mampu mengubah molekul tidak larut menjadi salah satu yang sangat larut yang juga bisa bersepeda secara stabil.
"Encer ferrocenes larut mewakili seluruh kelas baru molekul untuk baterai aliran," kata Aziz.
PH netral harus sangat membantu dalam menurunkan biaya membran ion-selektif yang memisahkan dua sisi baterai. Kebanyakan baterai aliran saat ini menggunakan polimer mahal yang dapat menahan kimia agresif dalam baterai. Mereka dapat menjelaskan hingga sepertiga dari total biaya perangkat. Dengan dasarnya garam air di kedua sisi membran, polimer mahal dapat diganti dengan hidrokarbon murah.
Penelitian ini ditulis bersama oleh Diana De Porcellinis, Rebecca Gracia, dan Kay Xia. Hal ini didukung oleh Kantor Pengiriman Listrik dan Energi Keandalan dari DOE dan oleh DOE Advanced Research Projects Agency-Energi.
Dengan bantuan dari Kantor Harvard Pengembangan Teknologi (OTD), para peneliti bekerja dengan beberapa perusahaan untuk meningkatkan teknologi untuk aplikasi industri dan untuk mengoptimalkan interaksi antara membran dan elektrolit. Harvard OTD telah mengajukan portofolio pending paten atas inovasi dalam teknologi baterai aliran.