Nghiên cứu tiến gần hơn đến việc sản xuất pin mang tính cách mạng để cung cấp năng lượng cho ngành năng lượng tái tạo

Anonim

Bất kỳ cư dân nào của Great Plains đều có thể chứng thực với quy mô lớn các trang trại gió ngày càng mở rộng vùng nông thôn. Tại Trung Tây và các nơi khác, năng lượng gió chiếm một phần sản lượng năng lượng lớn hơn bao giờ hết: Trong thập kỷ qua, 143 tỷ đô la đã được đầu tư vào các dự án gió mới, theo Hiệp hội Năng lượng gió Hoa Kỳ.

Tuy nhiên, sự bùng nổ năng lượng gió phải đối mặt với một trở ngại - làm thế nào để tiết kiệm năng lượng và tiết kiệm năng lượng được tạo ra bởi các tuabin khi gió thổi, nhưng yêu cầu năng lượng thấp.

"Chúng tôi nhận được rất nhiều gió vào ban đêm, nhiều hơn vào ban ngày, nhưng nhu cầu về điện thấp hơn vào ban đêm, do đó, họ đang bán phá giá hoặc họ khóa tuabin - chúng tôi đang lãng phí điện", ông Trung Văn Nguyễn, giáo sư của ngành dầu khí và hóa học tại Đại học Kansas. "Nếu chúng ta có thể lưu trữ lượng dư thừa này vào ban đêm và bán hoặc giao hàng vào ban ngày theo nhu cầu cao điểm, điều này sẽ cho phép chủ trang trại gió kiếm nhiều tiền hơn và tận dụng đầu tư của họ. Đồng thời, bạn triển khai nhiều năng lượng gió hơn và giảm nhu cầu hóa thạch nhiên liệu. "

Từ năm 2010, Nguyễn đã nghiên cứu để phát triển một dòng pin hydro-bromine tiên tiến, một thiết kế pin quy mô công nghiệp tiên tiến - nó sẽ bằng kích thước của một chiếc xe tải bán mà các kỹ sư đã nỗ lực phát triển từ những năm 1960. Nó có thể hoạt động tốt để lưu trữ điện từ các trang trại năng lượng mặt trời, được thải ra qua đêm khi không có mặt trời.

Được tài trợ đầu tiên bởi Quỹ khoa học quốc gia và sau đó là Cơ quan dự án nghiên cứu tiên tiến, Nguyễn đã làm việc với các nhà nghiên cứu từ Đại học California tại Santa Barbara, Đại học Vanderbilt, Đại học Texas tại Arlington và Trường đại học Case Western Reserve. Trên đường đi, Nguyễn đã giám sát công việc đột phá về các thành phần chính của thiết kế pin hydro-brôm.

Đối với một, có điện cực Nguyễn phát triển tại KU. Điện cực của pin là nơi dòng điện đi vào hoặc rời khỏi pin khi nó được thải ra. Để đạt hiệu quả tối đa, điện cực cần rất nhiều diện tích bề mặt. Nhóm của Nguyễn đã phát triển một điện cực cacbon diện tích bề mặt cao hơn bằng cách phát triển các ống nano cacbon trực tiếp trên các sợi carbon của một điện cực xốp.

“Trước công việc của chúng tôi, người ta sử dụng điện cực cacbon giấy và phải xếp chồng các điện cực lại với nhau để tạo ra công suất cao”, ông nói. "Các điện cực phải dày hơn và đắt hơn nhiều vì bạn phải sử dụng nhiều lớp - chúng trở nên to hơn và có điện trở hơn. Chúng tôi đã đưa ra một ý tưởng đơn giản nhưng mới lạ để phát triển các ống nano cacbon nhỏ ngay trên sợi carbon bên trong các điện cực - giống như những sợi lông nhỏ — và chúng tôi đã tăng diện tích bề mặt lên 50-70 lần. Chúng tôi đã giải quyết yêu cầu bề mặt cao đối với các điện cực pin hydro-brôm. "

Một vấn đề quan trọng còn lại trước khi pin hydro-bromide có thể được tiếp thị thành công là sự phát triển của một chất xúc tác hiệu quả để tăng tốc phản ứng ở phía hydro của pin và cung cấp sản lượng cao hơn trong khi vẫn sống sót trong sự ăn mòn cực độ trong hệ thống. Bây giờ, với sự tài trợ từ một giải thưởng phụ NSF thông qua một công ty tư nhân có tên Proton OnSite, Nguyễn đang hợp tác để giải quyết rào cản cuối cùng này.

"Tôi nghĩ rằng chúng tôi đang trên bờ vực của một bước đột phá thực sự, " ông nói. "Chúng tôi cần một chất xúc tác bền, một thứ có hoạt động tương tự như chất xúc tác tốt nhất hiện có, nhưng có thể tồn tại trong môi trường này. Vật liệu trước đây của chúng tôi không có đủ diện tích bề mặt để cung cấp đủ năng lượng. Nhưng tôi đã có thể Tôi nghĩ chúng tôi đã tìm ra cách để tăng diện tích bề mặt. Bây giờ chúng ta có một cách tốt hơn và chúng tôi có thể xuất bản trong ba đến sáu tháng - chúng tôi có một số vấn đề nhỏ cần giải quyết, nhưng Tôi nghĩ chúng ta sẽ có một vật liệu thích hợp cho phản ứng hydro trong hệ thống này. "

Các kết quả mới để phát triển một quy mô công nghiệp tiên tiến hydro-bromine dòng chảy pin sẽ được trình bày tại cuộc họp của Hội Hóa học điện ở Seattle tháng năm này.

Thật vậy, Nguyễn - người đã thành lập một số công ty khởi nghiệp trong sự nghiệp nghiên cứu của mình - lưu ý rằng pin hydro-brom mới sớm có thể được thương mại hóa, và dễ dàng có thể được chia tỷ lệ thành MW (năng lượng) MWh (năng lượng). 1MWh trong một thùng chứa kích thước đầy đủ. Nhưng ông cảnh báo rằng nó chỉ có thể được sử dụng ở các địa điểm công nghiệp, xa xôi - những nơi như các trang trại gió và mặt trời, nơi những pin khổng lồ có thể bị chôn dưới lòng đất.

"Hệ thống lưu trữ năng lượng này, vì tính ăn mòn của nó, không thích hợp cho các hệ thống dân cư hoặc thương mại, " ông nói. "Bromine giống như khí clo. Đào một lỗ, xếp nó bằng xi măng hoặc nhựa, thả pin xuống và phủ lên - nó phải ở trong một hệ thống kín hoặc kín để ngăn chặn rò rỉ hoặc phát thải khí brom. Điều này sẽ chỉ phù hợp để lưu trữ năng lượng từ xa quy mô lớn như các trang trại năng lượng mặt trời và các trang trại gió. "

Nhà nghiên cứu KU cho biết sự gia tăng năng lượng tái tạo sẽ phụ thuộc vào những đột phá công nghệ làm cho nền kinh tế hấp dẫn với các nhà sản xuất và nhà đầu tư năng lượng, và ông hy vọng thiết kế pin mới của ông có thể đóng vai trò.

"Cách chúng ta sử dụng nhiên liệu hóa thạch cho năng lượng là rất không hiệu quả, lãng phí và tạo ra khí nhà kính", Nguyễn nói. "Đối với nhiên liệu hóa thạch, bạn thực hiện đầu tư ban đầu, và bạn cũng phải trả tiền cho hoạt động hàng ngày - trả tiền than đá hoặc khí tự nhiên cho phần còn lại của cuộc đời của nhà máy điện. Một khi bạn thực hiện đầu tư ban đầu vào điện, bạn tạo ra là miễn phí."

menu
menu