Harvard hat kürzlich eine neue Art von Durchflussbatterie entwickelt, die die elektrische Massenspeicherung revolutionieren könnte und erneuerbare Energieressourcen zur endgültigen Lösung für Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit macht.
Kürzlich berichtete ein Harvard-Team in einer Papier veröffentlicht in Natur, eine neue, innovative Großbatterie, die die Grundlagen der Energiespeicherung grundlegend verändern könnte.
Das berichtete Gerät ist eine metallfreie Durchflussbatterie, die auf der Elektrochemie kleiner organischer Moleküle basiert, die sowohl reichlich vorhanden als auch kostengünstig sind. Die kohlenstoffbasierten Moleküle, auch Chinone genannt, können verwendet werden, um Energie auf ähnliche Weise zu speicherndass Pflanzen und Tiere ähnliche Moleküle verwenden, um Energie zu speichern. Das Molekül ist fast identisch mit ähnlichen Energiespeichermolekülen, die in Rhabarber verwendet werden.
Ein systematisches Problem bei erneuerbaren Energien ist die Inkonsistenz des Wetters, die suboptimale Umgebungen für die Energieproduktion bietet und die Ressourcen als unzuverlässig und inkonsistent macht. Während der Ausfallzeiten werden minimale Strommengen produziert, ohne dass ein aktueller Backup-Mechanismus gewährleistet isteine konstante Stromversorgung. Dank des Forschungsteams in Harvard konnten sie jedoch möglicherweise die Mängel der erneuerbaren Energien durch die Entwicklung einer massiven, wirtschaftlich tragfähigen Batterie gelöst haben.
Die Batterien wurden an der Harvard School of Engineering and Applied Sciences gebaut und erfolgreich getestet. Über 10.000 Chinon Moleküle wurden gescreent, um den optimalen Kandidaten für die Batterie zu bestimmen.
Die ausgewählten Moleküle werden in Lösung in massiven externen Tanks gespeichert, deren Größe direkt proportional zur Energiespeicherkapazität ist. Nach über 100 Ladezyklen, es wurde keine signifikante Verschlechterung festgestellt. Es werden jedoch noch viel mehr Tests erforderlich sein, um die Tausenden von Ladezyklen aufrechtzuerhalten, die große Industrieanlagen aufrechterhalten müssen.
Das Molekül wurde mit Inspiration von Vitamin B2 entwickelt, das Säugetiere verwenden, um Energie aus der Nahrung im Körper zu speichern.
"Mit nur ein paar Optimierungen am ursprünglichen B2-Molekül wird diese neue Molekülgruppe ein guter Kandidat für Alkali-Flow-Batterien." sagt Michael J. Aziz, Gene and Tracy Sykes Professor of Materials and Energy Technologies.
"Sie haben eine hohe Stabilität und Löslichkeit und bieten eine hohe Batteriespannung und Speicherkapazität. Da Vitamine bemerkenswert einfach herzustellen sind, könnte dieses Molekül in großem Maßstab zu sehr geringen Kosten hergestellt werden. Wir haben diese Moleküle so entwickelt, dass sie den Anforderungen vonunsere Batterie, aber es war wirklich die Natur, die diese Art der Energiespeicherung angedeutet hat“, fügt hinzuRoy Gordon, der Thomas Dudley Cabot Professor für Chemie und Professor für Materialwissenschaften.
Obwohl frühere Durchflussbatterien in kleinem Maßstab verwendet wurden, besteht die erforderliche Lösung oft aus teuren und schwer zu wartenden Flüssigkeiten, was die Batterie wirtschaftlich nicht rentabel macht. Die neue Forschung legt jedoch nahe, dass das neue Molekül zu einer hohen Leistung fähig ist,in der Lage, immense Energiemengen zu speichern, ähnlich dem Mechanismus, der in lebenden Organismen verwendet wird.
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Besser noch, die benötigten Verbindungen sind unglaublich billig und ungiftig in der Herstellung, was die Realität von Flow-Batterien viel näher bringt als je erwartet. „Die ganze Welt der Stromspeicherung verwendet Metallionen in verschiedenen Ladezuständen, aber es gibt einebegrenzte Anzahl, die Sie in Lösung bringen und zum Speichern von Energie verwenden können, und keine davon kann große Mengen erneuerbarer Energie wirtschaftlich speichern“, says Gordon. „Mit organischen Molekülen führen wir eine Vielzahl neuer Möglichkeiten ein. Einige von ihnen werden schrecklich und andere werden wirklich gut sein. Mit diesen Chinonen haben wir die ersten, die wirklich gut aussehen.“
Derzeit arbeitet das Team an der Entwicklung von Speichertanks, die neben und gemeinsam mit den aktuellen Anbietern erneuerbarer Energien arbeiten. Das Team sucht jedoch auch nach Batterien für den nicht-kommerziellen Gebrauch. „Stellen Sie sich ein Gerät in der Größe einesHeizöltank für Ihr Zuhause, der in Ihrem Keller sitzt. Er würde den Sonnenschein eines Tages von den Sonnenkollektoren auf dem Dach Ihres Hauses speichern und möglicherweise genug liefern, um Ihren Haushalt vom späten Nachmittag über die Nacht bis zum nächsten Morgen zu versorgen, ohne zu brennenalle fossilen Brennstoffe“ sagt Marshak, ein weiterer Mitarbeiter des Projekts.
Das Projekt durchläuft derzeit eine dreijährige Entwicklungszeit in Zusammenarbeit mit Nachhaltige Innovationen, LLC. Das Team hofft, bald ein funktionsfähiges Gerät in der Größe eines Pferdeanhängers auf den Markt bringen zu können. Das vorgeschlagene System wird eine tragbare Einheit sein, die mit Sonnenkollektoren auf Gebäudedächern verbunden werden kann. Mit Unterstützung des Advanced Research Project des US-EnergieministeriumsAgency-Energy ARPA-E und ein paar anderen Unterstützern, vielleicht steht uns das erneuerbare, nachhaltige Zeitalter der Energienutzung und -speicherung bevor und verspricht eine bessere Zukunft für morgen.
Geschrieben von Maverick Baker