Een nieuwe benadering van batterijontwerp zou volgens onderzoekers van het Imperial College London de sleutel kunnen zijn tot goedkope, langdurige energieopslag.
Het team van ingenieurs en chemici heeft een polysulfide-air redoxflow-batterij (PSA RFB) gemaakt met niet één, maar twee membranen. Het ontwerp met dubbel membraan overwint de belangrijkste problemen met dit type grootschalige batterij en opent de mogelijkheid om overtollige energie op te slaan van bijvoorbeeld hernieuwbare bronnen zoals wind en zon. Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications.
In redoxflow-batterijen wordt energie opgeslagen in vloeibare elektrolyten die tijdens het laden en ontladen door de cellen stromen, mogelijk gemaakt door chemische reacties. De hoeveelheid opgeslagen energie wordt bepaald door het volume van de elektrolyt, waardoor het ontwerp potentieel eenvoudig op te schalen is. De elektrolyt die wordt gebruikt in conventionele redoxflow-batterijen – vanadium – is echter duur en komt voornamelijk uit China of Rusland.
Het Imperial-team, onder leiding van professoren Nigel Brandon en Anthony Kucernak, heeft gewerkt aan alternatieven die gebruik maken van goedkopere materialen die algemeen verkrijgbaar zijn. Hun benadering maakt gebruik van een vloeistof als elektrolyt en een gas als de andere – in dit geval polysulfide (zwavel opgelost in een alkalische oplossing) en lucht. De prestaties van polysulfide-luchtbatterijen zijn echter beperkt omdat geen enkel membraan de chemische reacties volledig zou kunnen laten plaatsvinden, terwijl het toch voorkomen dat polysulfide overgaat in het andere deel van de cel.
Dr. Mengzheng Ouyang, van het Imperial’s Department of Earth Science and Engineering, legt uit: “Als het polysulfide overgaat naar de luchtzijde, dan verlies je materiaal aan één kant, wat de reactie die daar plaatsvindt vermindert en de activiteit van de katalysator op de Dit vermindert de prestaties van de batterij — dus het was een probleem dat we moesten oplossen.”
Het alternatief dat de onderzoekers bedachten, was om twee membranen te gebruiken om het polysulfide en de lucht te scheiden, met daartussen een oplossing van natriumhydroxide. Het voordeel van het ontwerp is dat alle materialen, dus ook de membranen, relatief goedkoop en breed verkrijgbaar zijn en dat het ontwerp veel meer keuze biedt in de te gebruiken materialen.
advertentie
In vergelijking met de beste resultaten die tot nu toe zijn verkregen met een polysulfide-lucht redoxflow-batterij, was het nieuwe ontwerp in staat om aanzienlijk meer vermogen te leveren, tot 5,8 milliwatt per vierkante centimeter.
Omdat kosten een kritische factor zijn voor langdurige en grootschalige opslag, heeft het team ook een kostenanalyse uitgevoerd. Ze berekenden de energiekosten – de prijs van de opslagmaterialen in verhouding tot de hoeveelheid opgeslagen energie – op ongeveer $ 2,5 per kilowattuur.
De stroomkosten – de snelheid van opladen en ontladen die wordt bereikt in verhouding tot de prijs van de membranen en katalysatoren in de cel – bleken rond de $ 1600 per kilowatt te liggen. Dit is momenteel hoger dan haalbaar zou zijn voor grootschalige energieopslag, maar het team denkt dat verdere verbeteringen gemakkelijk haalbaar zijn.
Professor Nigel Brandon, tevens decaan van de faculteit Ingenieurswetenschappen, zei: “Onze benadering met twee membranen is erg opwindend omdat het veel nieuwe mogelijkheden opent, zowel voor deze als voor andere batterijen. Om dit kosteneffectief te maken voor grootschalige opslag , zou een relatief bescheiden prestatieverbetering nodig zijn, die zou kunnen worden bereikt door veranderingen aan de katalysator om de activiteit te vergroten of door verdere verbeteringen in de gebruikte membranen.”
Binnen het team wordt al op dit gebied gewerkt, dankzij de katalysatorexpertise van professor Anthony Kucernak, van het departement Chemie, en onderzoek naar membraantechnologie door Dr. Qilei Song van het Department of Chemical Engineering.
Het spin-out bedrijf RFC Power Ltd, opgericht om langdurige opslag van hernieuwbare energie te ontwikkelen op basis van het onderzoek van het team, zal dit nieuwe ontwerp commercialiseren als de verbeteringen worden aangebracht.
CEO van RFC Power Ltd, Tim Von Werne, zei: “Er is dringend behoefte aan nieuwe manieren om duurzame energie dagen, weken of zelfs maanden tegen redelijke kosten op te slaan. Dit onderzoek toont een manier om dat mogelijk te maken door verbeterde prestaties en goedkope materialen.”
Het onderzoek wordt gefinancierd door de UK Research and Innovation Engineering and Physical Sciences Research Council en de European Research Council.
Verhaalbron:
Materialen geleverd door Imperial College Londen. Origineel geschreven door Hayley Dunning. Opmerking: inhoud kan worden bewerkt voor stijl en lengte.
lees het gehele artikel bij de bron
————————————————– ———————————–
samenvatting:
Een nieuwe benadering van batterijontwerp zou volgens onderzoekers de sleutel kunnen zijn tot goedkope, langdurige energieopslag.
Datum van publicatie: 4 mei 2022
Bron: Klimaat | Top milieunieuws — ScienceDaily
————————————————– ———————————–