Onderzoekers modificeren hybride stroombatterij-elektroden met nanomaterialen

Onderzoekers van WMG aan de Universiteit van Warwick hebben in samenwerking met Imperial College London een manier gevonden om hybride stroombatterijen en hun commerciële gebruik te verbeteren. De nieuwe aanpak kan elektriciteit in deze batterijen opslaan voor een zeer lange duur voor ongeveer een vijfde van de prijs van de huidige technologieën, met minimale locatiebeperkingen en nul emissies.

De onderzoekers verbeterden drie hybride stroomcellen met behulp van met stikstof gedoteerd grafeen (blootgesteld aan stikstofplasma) in een bindmiddelvrije elektroforese techniek (EPD).

Wind- en zonne-energie worden steeds populairder als bronnen voor hernieuwbare energie. Helaas zorgen intermittentieproblemen ervoor dat ze geen brede verbinding maken met het nationale elektriciteitsnet. Een mogelijke oplossing voor dit probleem betreft de inzet van duurzame batterijtechnologie, zoals de redox flow batterij. Ondanks zijn grote belofte zijn de huidige kosten van dit systeem een ​​belangrijke bepalende factor voor acceptatie in de echte wereld. Een betaalbare netbatterij zou volgens het Amerikaanse ministerie van Energie £ 75 / kWh moeten kosten. Lithium-ionbatterijen, die de kosten voor netopslag leiden, kosten ongeveer £ 130 / kWh.

Nu hebben WMG-onderzoekers een manier gevonden om hybride stroombatterijen of regeneratieve brandstofceltechnologie (RFC) te verbeteren die elektriciteit voor een zeer lange duur kan opslaan voor ongeveer een vijfde van de kosten van de huidige opslagtechnologieën, met een flexibele locatie en met een minimale impact op het milieu. De technologie combineert op koolstof gebaseerde elektroden met economisch geproduceerde elektrolyten (mangaan of zwavel, die chemicaliën in overvloed op de planeet zijn) door middel van een eenvoudige en toch zeer effectieve elektroforetische afzetting van nanokoolstofadditieven (met stikstof gedoteerd grafeen) die de duurzaamheid en prestaties van de elektrode aanzienlijk in zeer zure of alkalische omgevingen.

De onderzoekers hebben hun bevindingen gepubliceerd in een paper met de titel “Hybrid Redox Flow Cells with Enhanced Electrochemical Performance via Binderless and Electrophorically Deposited Nitrogen-Doped Graphene on Carbon Paper Electrodes” in de december 2020 editie van het tijdschrift. ACS toegepaste materialen en interfaces.

Dr. Barun Chakrabarti, een Research Fellow in WMG aan de Universiteit van Warwick en een van de hoofdauteurs van de paper, zei:

“Deze EPD-techniek is niet alleen eenvoudig, maar verbetert ook de efficiëntie van drie verschillende economische hybride stroombatterijen, waardoor hun potentieel voor wijdverbreide commerciële acceptatie voor energieopslag op netschaal wordt vergroot.”

De totale chemische kosten van de hybride stroombatterij bedragen ongeveer 1 / 30ste van de kosten van concurrerende batterijen, zoals lithium-ion-systemen. Opgeschaalde technologieën kunnen worden gebruikt om elektriciteit uit wind- of zonne-energie gedurende meerdere dagen tot hele seizoenen op te slaan voor ongeveer £ 15 tot £ 20 per kilowattuur. Deze batterijen zijn ook uitermate nuttig voor toepassingen voor het nivelleren van belasting op netten, aangezien hun ontwerp zeer flexibel is vanwege hun unieke eigenschap om hun vermogen onafhankelijk van hun energie te dimensioneren.

De energiedichtheid van een hybride stroombatterij, in het bijzonder het polysulfide / luchtsysteem (S-Air), is 500 keer hoger dan die van gepompte hydro-elektrische opslag. Het is ook zoveel compacter en kan in de buurt van elke hernieuwbare generatie worden geplaatst.