Tenaga Berasaskan Air ini Berasaskan Tenaga Hijau Untuk Kemudian

Tenaga Berasaskan Air ini Berasaskan Tenaga Hijau Untuk Kemudian
Photo credit: GabrielleMerk. Wikimedia.org (foto #46)

Bateri berasaskan air baru boleh memberikan cara yang murah untuk menyimpan angin atau tenaga solar untuk kemudian, kata para penyelidik.

Bateri menyimpan tenaga yang dijana apabila matahari bersinar dan angin bertiup supaya ia boleh disalurkan kembali ke grid elektrik dan diulangi apabila permintaan tinggi.

Prototaip bateri mangan-hidrogen, dilaporkan dalam Tenaga Alam, berdiri hanya tiga inci tinggi dan menghasilkan jam elektrik 20 hanya tenaga elektrik, yang setara dengan tahap tenaga lampu suluh LED yang digantung pada cincin utama.

Walaupun output kecil prototaip itu, para penyelidik yakin mereka dapat meningkatkan teknologi top-table ini ke sistem gred perindustrian yang boleh mengecas dan mengecas sehingga kali 10,000, mewujudkan bateri skala grid dengan jangka hayat berguna yang melebihi dekad.

Yi Cui, seorang profesor sains bahan di Stanford University dan pengarang kanan kertas, berkata teknologi bateri mangan-hidrogen boleh menjadi salah satu bahagian yang hilang dalam teka-teki tenaga negara - cara untuk menyimpan angin atau tenaga suria yang tidak dapat diramalkan untuk mengurangkan keperluan untuk membakar bahan api fosil yang boleh dipercayai tetapi memancarkan karbon apabila sumber yang boleh diperbaharui tidak tersedia.

"Apa yang telah kami buat ialah garam khas ke dalam air, jatuh ke dalam elektrod, dan menghasilkan tindak balas kimia yang boleh diterbalikkan yang menyimpan elektron dalam bentuk gas hidrogen," kata Cui.

Kimia pintar

Wei Chen, seorang sarjana pasca doktoral di makmal Cui, mengetuai pasukan yang memimpikan konsep itu dan membina prototaip. Pada dasarnya, para penyelidik membincangkan pertukaran elektron yang berbalik antara air dan mangan sulfat, garam perindustrian murah yang banyak digunakan untuk membuat bateri sel kering, baja, kertas, dan produk lain.

Untuk meniru bagaimana angin atau sumber solar boleh menyalurkan kuasa ke dalam bateri, para penyelidik menyambungkan sumber kuasa kepada prototaip. Elektron yang mengalir bereaksi dengan sulfat mangan yang dibubarkan di dalam air untuk meninggalkan zarah-zarah mangan dioksida yang berpaut ke elektrod. Elektron berlebihan bubbled sebagai gas hidrogen, menyimpan tenaga itu untuk kegunaan masa depan.

Jurutera tahu bagaimana untuk membuat semula elektrik daripada tenaga yang disimpan dalam gas hidrogen jadi langkah seterusnya yang penting adalah membuktikan bahawa mereka boleh cas semula bateri berasaskan air.

Para penyelidik melakukan ini dengan melampirkan semula sumber kuasa mereka kepada prototaip yang hancur, kali ini dengan matlamat menggalakkan zarah-zarah mangan dioksida yang berpegang pada elektrod untuk menggabungkan dengan air, memantapkan garam mangan sulfat. Sebaik sahaja proses ini memulihkan garam, elektron masuk menjadi lebihan, dan kuasa yang berlebihan dapat gelembung sebagai gas hidrogen, dalam satu kaedah yang dapat diulang lagi dan lagi dan lagi.

Cui menganggarkan bahawa, memandangkan jangka hayat bateri yang berasaskan air, ia akan menampung sesen pun untuk menyimpan elektrik yang mencukupi untuk menguatkan bola lampu 100-watt selama dua belas jam.

"Kami percaya teknologi prototaip ini dapat memenuhi matlamat Jabatan Tenaga untuk kepekaan penyimpanan elektrik berskala utiliti," kata Cui.

Jabatan Tenaga (DOE) telah mencadangkan bateri untuk penyimpanan grid grid harus menyimpan dan kemudian melepaskan sekurang-kurangnya kuasa kilowatt 20 selama tempoh satu jam, mampu sekurang-kurangnya mencecah 5,000, dan mempunyai jangka hayat berguna 10 atau lebih lagi. Untuk menjadikannya praktikal, sistem bateri seperti itu harus menelan belanja $ 2,000 atau kurang, atau $ 100 per kilowatt jam.

Bekas setiausaha DOE dan pencipta Nobel Steven Chu, kini seorang profesor di Stanford, mempunyai minat yang panjang dalam menggalakkan teknologi untuk membantu peralihan negara kepada tenaga boleh diperbaharui.

"Walaupun bahan dan reka bentuk yang tepat masih memerlukan pembangunan, prototaip ini menunjukkan jenis sains dan kejuruteraan yang mencadangkan cara baru untuk mencapai bateri berskala rendah, tahan lama, berskala utiliti," kata Chu, yang bukan ahli dari pasukan penyelidikan.

Menggerakkan grid

Menurut anggaran DOE, sekitar 70 persen tenaga listrik AS dihasilkan oleh arang batu atau tumbuhan gas asli, yang menyumbang 40 peratus pelepasan karbon dioksida. Peralihan kepada angin dan generasi solar adalah satu cara untuk mengurangkan pelepasan tersebut. Tetapi itu mewujudkan cabaran baru yang melibatkan kebolehubahan bekalan kuasa. Paling jelas, matahari hanya bersinar pada siang hari dan kadang kala angin tidak meniup.

Tetapi satu lagi bentuk yang kurang difahami tetapi penting untuk kebolehubahan datang dari lonjakan permintaan pada grid-rangkaian rangkaian tegangan tinggi yang mengedarkan elektrik ke kawasan dan akhirnya ke rumah. Pada hari yang panas, apabila orang pulang dari kerja dan mengepam penyaman udara, utiliti mesti mempunyai strategi mengimbangi beban untuk memenuhi permintaan puncak: beberapa cara untuk meningkatkan penjanaan kuasa dalam masa beberapa minit untuk mengelakkan kerosakan atau pemadaman yang mungkin menjatuhkan grid .

Hari ini, utiliti sering melakukannya dengan menembakkan tumbuhan kuasa atas permintaan atau "dipecat" yang mungkin terbiar sepanjang hari tetapi boleh datang dalam talian dalam masa yang cepat menghasilkan tenaga yang cepat tetapi meningkatkan pengeluaran karbon. Sesetengah utiliti telah membangunkan pengimbangan beban jangka pendek yang tidak bergantung kepada tumbuhan pembakaran bahan bakar fosil.

Strategi yang paling biasa dan kos efektif adalah pam penyimpanan hidroelektrik: menggunakan kuasa yang berlebihan untuk menghantar air bukit, kemudian membiarkannya mengalir turun untuk menjana tenaga semasa permintaan puncak. Walau bagaimanapun, penyimpanan hidroelektrik hanya berfungsi di kawasan dengan air dan ruang yang mencukupi. Oleh itu untuk membuat angin dan solar lebih berguna, DOE telah menggalakkan bateri berkapasiti tinggi sebagai alternatif.

Menewaskan pertandingan

Cui mengatakan terdapat beberapa jenis teknologi bateri boleh dicas semula di pasaran, tetapi tidak jelas pendekatan mana yang akan memenuhi keperluan DOE dan membuktikan praktikal mereka kepada utiliti, pengawal selia, dan pihak berkepentingan lain yang mengekalkan grid elektrik negara.

Sebagai contoh, Cui mengatakan bahawa bateri litium boleh dicas semula, yang menyimpan sedikit tenaga yang diperlukan untuk menjalankan telefon dan komputer riba, berdasarkan bahan yang jarang berlaku dan oleh itu terlalu mahal untuk menyimpan kuasa untuk kejiranan atau bandar. Cui berkata penyimpanan skala grid memerlukan bateri yang boleh dicas semula, berkapasiti tinggi, dan boleh dicas semula. Proses mangan-hidrogen kelihatan menjanjikan.

"Teknologi bateri lain yang boleh dicas semula adalah lebih daripada lima kali ganda kos tersebut sepanjang hayat," tambah Cui.

Chen berkata kimia novel, bahan kos rendah dan kesederhanaan relatif menjadikan bateri mangan hidrogen sesuai untuk penggunaan grid skala rendah.

Prototaip memerlukan kerja pembangunan untuk membuktikan dirinya. Untuk satu perkara, ia menggunakan platinum sebagai pemangkin untuk merangsang tindak balas kimia penting di elektrod yang menjadikan proses cas semula efisien, dan kos komponen itu adalah larangan untuk penggunaan berskala besar. Tetapi Chen berkata pasukan itu telah berusaha dengan cara yang lebih murah untuk memujuk sulfat mangan dan air untuk melaksanakan pertukaran elektron yang boleh diterbalikkan.

"Kami telah mengenal pasti pemangkin yang boleh membawa kita ke bawah sasaran DOE $ 100-per-kilowatt-jam," katanya.

Para penyelidik melaporkan melakukan pengecasan 10,000 prototaip, yang dua kali keperluan DOE, tetapi mengatakan ia adalah perlu untuk menguji bateri mangan-hidrogen di bawah keadaan penyimpanan grid elektrik sebenar untuk benar-benar menilai prestasi dan kos seumur hidupnya.

Cui berkata beliau telah berusaha untuk paten proses itu melalui Pejabat Pelesenan Teknologi Stanford dan merancang untuk membentuk sebuah syarikat untuk mengkomersialkan sistem itu.

Mengenai Pengarang

Yi Cui, seorang profesor sains bahan di Stanford University, adalah pengarang kanan kertas itu. Pengacara tambahan berasal dari Akademi Sains China dan Stanford. Jabatan Tenaga membiayai penyelidikan.

sumber: Universiti Stanford

Buku-buku yang berkaitan

{amazonWS: searchindex = Books; keywords = bateri storan daya; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

ikuti InnerSelf pada

icon-facebooktwitter-iconrss-icon

Dapatkan Yang Terbaru Dengan E-mel

{Emailcloak = mati}