Wetenschappers van USC hebben een nieuwe batterij ontwikkeld die het probleem van de opslag van elektriciteit zou kunnen oplossen, waardoor het wijdverbreide gebruik van hernieuwbare energie wordt beperkt.

De technologie is een nieuwe draai aan een bekend ontwerp dat elektriciteit opslaat in oplossingen, sorteert de elektronen en geeft stroom af wanneer dat nodig is. Zogenaamde redoxflow-batterijen bestaan ​​al een tijdje, maar de USC-onderzoekers hebben een betere versie gebouwd op basis van goedkope en gemakkelijk verkrijgbare materialen.

"We hebben een goedkope, lang leven, veilige en milieuvriendelijke stroomaccu aantrekkelijk voor het massaal opslaan van de energie uit zonne- en windenergiesystemen, " zei professor scheikunde Sri Narayan, hoofdauteur van de studie en mededirecteur van het Loker Hydrocarbon Research Institute van het USC.

Het onderzoek is vandaag gepubliceerd in de Tijdschrift van de Electrochemical Society .

Energieopslag is een grote hindernis voor hernieuwbare energie, omdat de vraag naar energie niet altijd samenvalt wanneer windturbines draaien of zonneschijn op zonnepanelen valt. De zoektocht naar een levensvatbare opslagoplossing staat voor meerdere uitdagingen, dat is het probleem dat de USC-wetenschappers probeerden op te lossen.

Ze concentreerden zich op de redoxflow-batterij omdat het bewezen technologie is en tot nu toe in beperkte toepassingen is ingezet. Het gebruikt vloeistoffen om elektrochemische energie op te slaan, elektronen sorteren en recombineren door reductie en oxidatie, en ze vrij te geven om elektriciteit te maken wanneer dat nodig is.

De belangrijkste innovatie van de USC-wetenschappers is het gebruik van verschillende vloeistoffen:een ijzersulfaatoplossing en een soort zuur. IJzersulfaat is een afvalproduct van de mijnbouw; het is overvloedig en goedkoop. Antrachinondisulfonzuur (AQDS) is een organisch materiaal, al gebruikt in sommige redoxflow-batterijen vanwege de stabiliteit, oplosbaarheid en energieopslagpotentieel.

Hoewel de twee verbindingen afzonderlijk bekend zijn, het is de eerste keer dat ze zijn gecombineerd om het potentieel voor grootschalige energieopslag te bewijzen. Testen in het USC-lab hebben aangetoond dat de batterij grote voordelen heeft ten opzichte van concurrenten.

Bijvoorbeeld, ijzersulfaat is goedkoop en overvloedig - een dubbeltje koopt ongeveer 2,2 pond - terwijl grootschalige productie van AQDS ongeveer $ 1,60 per pond zou kosten. Tegen die prijzen, materiaalkosten voor het type batterij ontwikkeld door de USC-wetenschappers zouden $ 66 per kilowattuur kosten; indien op schaal vervaardigd, elektriciteit zou minder dan de helft kosten van de energie die afkomstig is van de redoxbatterijen die vanadium gebruiken, wat duurder en giftiger is.

Ook, in tests bij het USC, de onderzoekers ontdekten dat de ijzer-AQDS-batterij kan fietsen, of opladen, honderden keren met vrijwel geen vermogensverlies, in tegenstelling tot concurrerende technologieën. Duurzaamheid van energieopslagsystemen is belangrijk voor grootschalig gebruik.

"De ontwikkelde materialen zijn zeer duurzaam, " zei Surya Prakash, co-auteur van de studie en directeur van het Loker Instituut, die samenwerkt met Narayan bij de ontwikkeling van nieuwe biologische chinonen. "AQDS kan worden vervaardigd uit alle op koolstof gebaseerde grondstoffen, inclusief kooldioxide. IJzer is een overvloed aan aarde, niet-toxisch element."

De technologie heeft ook voordelen ten opzichte van lithium-ionbatterijopslag. De wildgroei van consumentenelektronica en elektrische voertuigen, aangedreven door lithium-ionbatterijen, creëert schaarste voor het element, wat de kosten opdrijft. Beurtelings, die economie maakt andere, goedkopere opties voor energieopslag aantrekkelijker, zegt de studie. Ook, lithium-ionbatterijen gaan niet zo lang mee, wegens opladen, zoals de meeste mensen die mobiele telefoons en laptops hebben opgeladen weten.

"... Het ijzer-AQDS-stroombatterijsysteem biedt een goed vooruitzicht om tegelijkertijd te voldoen aan de hoge eisen van kosten, duurzaamheid en schaalbaarheid voor grootschalige energieopslag, ', zegt de studie.

Het gebruik van hernieuwbare energie groeit, maar is beperkt vanwege beperkingen op het gebied van energieopslag. Om slechts 20% van de huidige zonne- en windenergie op te slaan, is een reservecapaciteit van 700 gigawattuur nodig. Eén gigawattuur is genoeg elektriciteit voor ongeveer 700, 000 huizen voor een uur.

Narayan zei:"Tot op heden is er geen economisch levensvatbare, milieuvriendelijke oplossing voor energieopslag die 25 jaar meegaat. Lithium-ionbatterijen hebben niet de lange levensduur en op vanadium gebaseerde batterijen gebruiken dure, relatief giftige materialen die het gebruik op grote schaal beperken. Ons systeem is het antwoord op deze uitdaging. We voorzien deze batterijen die worden gebruikt in residentiële, commerciële en industriële gebouwen om hernieuwbare energie op te vangen."