Marie Leroy
Un additif alimentaire et médical courant a montré qu’il pouvait augmenter la capacité et la longévité d’une conception de batterie à flux de nouvelle génération dans une expérience document.
Une équipe de recherche du Pacific Northwest Nationwide Laboratory du ministère de l’Énergie rapporte que la batterie à flux, une conception optimisée pour le stockage de l’énergie du réseau électrique, a maintenu sa capacité à stocker et à libérer de l’énergie pendant as well as d’un an de demand et de décharge carries on.
L’étude, qui vient d’être publiée dans la revue Joule, détaille la première utilisation d’un sucre uncomplicated dissous appelé β-cyclodextrine, un dérivé de l’amidon, pour augmenter la longévité et la capacité de la batterie. Dans une série d’expériences, les scientifiques ont optimisé le rapport des produits chimiques dans le système jusqu’à ce qu’il atteigne 60 % de puissance de crête en in addition. Ensuite, ils ont fait fonctionner la batterie encore et encore pendant additionally d’un an, n’arrêtant l’expérience que lorsque le tube en plastique est tombé en panne. Pendant tout ce temps, la batterie à flux a à peine perdu une partie de son activité pour se recharger. Il s’agit de la première expérience de batterie à flux à l’échelle du laboratoire à rapporter furthermore d’un an d’utilisation carry on avec une perte de capacité minimale.
L’additif β-cyclodextrine est également le leading à accélérer la réaction électrochimique qui stocke puis libère l’énergie de la batterie à flux, dans un processus appelé catalyse homogène. Cela signifie que le sucre fait son travail lorsqu’il est dissous dans une alternative, plutôt que sous la forme d’un solide appliqué sur une floor.
“Il s’agit d’une toute nouvelle approche pour développer l’électrolyte des batteries à flux”, a déclaré Wei Wang, chercheur de longue day sur les batteries au PNNL et chercheur principal de l’étude. “Nous avons montré que vous pouvez utiliser un type de catalyseur totalement différent conçu pour accélérer la conversion d’énergie. De as well as, parce qu’il est dissous dans l’électrolyte liquide, il élimine la possibilité qu’un solide se détache et encrasse le système.”
Qu’est-ce qu’une batterie à flux ?
Comme leur nom l’indique, les batteries à flux se composent de deux chambres, chacune remplie d’un liquide différent. Les batteries se chargent par une réaction électrochimique et stockent l’énergie dans des liaisons chimiques. Lorsqu’ils sont connectés à un circuit externe, ils libèrent cette énergie, qui peut alimenter des appareils électriques. Les batteries à flux diffèrent des batteries à semi-conducteurs en ce qu’elles ont deux réservoirs d’alimentation externes de liquide circulant constamment à travers eux pour fournir l’électrolyte, qui est comme «l’approvisionnement en sang» du système. As well as le réservoir d’électrolyte est grand, as well as la batterie à flux peut stocker d’énergie.
Si elles sont agrandies à la taille d’un terrain de soccer ou furthermore, les batteries à flux peuvent servir de générateurs de secours pour le réseau électrique. Les batteries à flux sont l’un des piliers essentiels d’une stratégie de décarbonisation pour stocker l’énergie à partir de sources d’énergie renouvelables. Leur avantage est qu’ils peuvent être construits à n’importe quelle échelle, de l’échelle de la paillasse, comme dans l’étude du PNNL, à la taille d’un pâté de maisons.
Pourquoi avons-nous besoin de nouveaux varieties de batteries à flux ?
Le stockage d’énergie à grande échelle offre une sorte de police d’assurance contre les perturbations de notre réseau électrique. Lorsque des situations météorologiques extrêmes ou une forte demande entravent la capacité de fournir de l’électricité aux foyers et aux entreprises, l’énergie stockée dans des installations de batteries à flux à grande échelle peut aider à minimiser les interruptions ou à rétablir le service. Le besoin de ces installations de batteries à flux ne devrait que croître, auto la production d’électricité provient de as well as en additionally de resources d’énergie renouvelables, telles que l’énergie éolienne, solaire et hydroélectrique. Les sources d’alimentation intermittentes telles que celles-ci nécessitent un endroit pour stocker l’énergie jusqu’à ce qu’elle soit nécessaire pour répondre à la demande des consommateurs.
Bien qu’il existe de nombreuses conceptions de batteries à flux et certaines installations commerciales, les installations commerciales existantes dépendent de minéraux extraits tels que le vanadium qui sont coûteux et difficiles à obtenir. C’est pourquoi les équipes de recherche recherchent des technologies alternatives efficaces utilisant des matériaux furthermore courants, faciles à synthétiser, stables et non toxiques.
“Nous ne pouvons pas toujours creuser la Terre pour trouver de nouveaux matériaux”, a déclaré Imre Gyuk, directeur de la recherche sur le stockage de l’énergie au Bureau de l’électricité du DOE. “Nous devons développer une approche sturdy avec des produits chimiques que nous pouvons synthétiser en grandes quantités, tout comme les industries pharmaceutique et alimentaire.”
Les travaux sur les batteries à flux font partie d’un vaste programme du PNNL visant à développer et à tester de nouvelles systems de stockage d’énergie à l’échelle du réseau qui seront accélérées avec l’ouverture du Grid Storage Launchpad du PNNL en 2024.
Une “eau sucrée” bénigne adoucit le pot pour une batterie à débit efficace
L’équipe de recherche du PNNL qui a développé cette nouvelle conception de batterie comprend des chercheurs ayant une development en synthèse organique et chimique. Ces compétences se sont avérées utiles lorsque l’équipe a choisi de travailler avec des matériaux qui n’avaient pas été utilisés pour la recherche sur les batteries, mais qui sont déjà produits pour d’autres utilisations industrielles.
“Nous cherchions un moyen uncomplicated de dissoudre in addition de fluorénol dans notre électrolyte à base d’eau”, a déclaré Ruozhu Feng, le premier auteur de la nouvelle étude. “La β-cyclodextrine a aidé à le faire, modestement, mais son véritable avantage était cette capacité catalytique surprenante.”
Les chercheurs ont ensuite travaillé avec le co-auteur Sharon Hammes-Schiffer de l’Université de Yale, une autorité de leading plan sur la réaction chimique sous-jacente au improve catalytique, pour expliquer son fonctionnement.
Comme décrit dans l’étude de recherche, l’additif de sucre accepte les protons chargés positivement, ce qui aide à équilibrer le mouvement des électrons négatifs lorsque la batterie se décharge. Les détails sont un peu additionally compliqués, mais c’est comme si le sucre adoucissait le pot pour permettre aux autres produits chimiques de terminer leur danse chimique.
L’étude est la prochaine génération d’une conception de batterie à flux brevetée par le PNNL décrite pour la première fois dans la revue Science en 2021. Là, les chercheurs ont montré qu’un autre produit chimique courant, appelé fluorénone, est un composant efficace de la batterie à flux. Mais cette percée initiale nécessitait des améliorations motor vehicle le processus était lent par rapport à la technologie de batterie à flux commercialisée. Cette nouvelle avancée fait de la conception de la batterie un candidat pour une mise à l’échelle, selon les chercheurs.
Dans le même temps, l’équipe de recherche travaille à améliorer encore le système en expérimentant d’autres composés similaires à la β-cyclodextrine mais plus petits. Comme le miel, l’ajout de β-cyclodextrine rend également le liquide as well as épais, ce qui est loin d’être idéal pour un système fluide. Néanmoins, les chercheurs ont constaté que ses avantages l’emportaient sur ses inconvénients.
Comprendre la chimie complexe qui se produit à l’intérieur de la nouvelle conception de la batterie à flux a nécessité l’expertise de nombreux scientifiques, dont Ying Chen, Xin Zhang, Peiyuan Gao, Ping Chen, Sebastian Mergelsberg, Lirong Zhong, Aaron Hollas, Yangang Lian, Vijayakumar Murugesan, Qian Huang, Eric Walter et Yuyan Shao de PNNL, et Benjamin JG Rousseau et Hammes-Schiffer de Yale, en furthermore de Feng et Wang.
