«Батареи рассчитаны примерно на 5000 циклов перезарядки, что дает им предполагаемый срок службы 15 лет», — сказал Шри Нараян, профессор химии Колледжа литературы, искусств и наук Университета Калифорнии в Дорнсайфе и автор статьи, описывающей новые батареи, которые были выпущены. опубликовано в Интернете в Журнале Электрохимического Общества 20 июня. «Литий-ионные батареи разлагаются примерно после 1000 циклов, и их производство стоит в 10 раз дороже».Нараян сотрудничал с Сурья Пракаш, Пракаш, профессор химии и директор Исследовательского института углеводородов USC Loker, а также Бо Ян из USC, Лена Хубер-Буркхард и Фанг Ван.«Такие батареи с органическим потоком кардинально меняют правила хранения электроэнергии в сети с точки зрения простоты, стоимости, надежности и устойчивости», — сказал Пракаш.Батареи могут проложить путь для возобновляемых источников энергии, которые будут составлять большую долю выработки энергии в стране.
Солнечные панели могут вырабатывать энергию только тогда, когда светит солнце, а ветряные турбины могут вырабатывать энергию только тогда, когда дует ветер. Эта неотъемлемая ненадежность мешает энергетическим компаниям полагаться на них в удовлетворении потребительского спроса.
С аккумуляторами для хранения излишков энергии и последующего распределения ее по мере необходимости эта спорадическая ненадежность может перестать быть такой проблемой.«Мегамасштабное хранение энергии — критическая проблема в будущем возобновляемой энергии, требующая недорогих и экологически чистых решений», — сказал Нараян.Новая батарея основана на конструкции с окислительно-восстановительным потоком, аналогичной по конструкции топливному элементу, с двумя баками с электроактивными материалами, растворенными в воде. Растворы закачиваются в ячейку, содержащую мембрану между двумя жидкостями с электродами с обеих сторон, высвобождая энергию.
Конструкция имеет преимущество отделения мощности от энергии. Резервуары с электроактивными материалами могут быть сделаны настолько большими, насколько это необходимо — увеличивая общее количество энергии, которое может хранить система, — или центральную ячейку можно настроить так, чтобы выделять эту энергию быстрее или медленнее, изменяя количество энергии (энергия, выделяемая с течением времени. ), которые система может генерировать.Прорыв команды был сосредоточен вокруг электроактивных материалов. В то время как в предыдущих конструкциях батарей использовались металлы или токсичные химические вещества, Нараян и Пракаш хотели найти органическое соединение, которое можно было бы растворить в воде.
Они полагали, что такая система окажет минимальное воздействие на окружающую среду и, вероятно, будет дешевой.Путем сочетания дизайна молекулы и методом проб и ошибок они обнаружили, что определенные природные хиноны — окисленные органические соединения — соответствуют всем требованиям.
Хиноны содержатся в растениях, грибах, бактериях и некоторых животных и участвуют в фотосинтезе и клеточном дыхании.«Это типы молекул, которые природа использует для передачи энергии», — сказал Нараян.
В настоящее время хиноны, необходимые для батарей, производятся из углеводородов природного происхождения. По словам Нараяна, в будущем существует возможность получить их из двуокиси углерода.Команда подала несколько патентов на конструкцию батареи, а затем планирует создать более крупномасштабную версию.
Это исследование финансировалось программой ARPA-E Open-FOA (DE-AR0000337), Университетом Южной Калифорнии и Исследовательским институтом углеводородов Локера.