Новый цинковый полийодид окислительно-восстановительная батарея потока, описанная по своей природе Коммуникации, использует электролит, у которого есть больше чем два раза плотность энергии следующей лучшей батареи потока, раньше хранил возобновляемую энергию и поддерживал энергосистему. И его плотность энергии приближается, тот из типа литий-ионного аккумулятора раньше приводил в действие портативные электронные устройства и некоторые маленькие электромобили.
«С улучшенной плотностью энергии и врожденной пожарной безопасностью, батареи потока могли обеспечить долговременное аккумулирование энергии для трудных границ городских параметров настройки, где пространство в большом почете», сказали Имре Гюк, диспетчер программ аккумулирования энергии в Управлении по электроснабжению и безопасности энергетики Министерства энергетики, которое финансировало это исследование. «Это увеличило бы упругость и гибкость местной электрической сетки».«Другой, неожиданная премия высокой плотности энергии этого электролита – он, мог потенциально расширить использование батарей потока в мобильные приложения, такие как включение поездов и автомобилей», сказал соответствующий автор исследования, Вэй Ван, материаловед из Тихоокеанской Северо-западной Национальной лаборатории САМКИ.Движение с потоком
Оба потока и литий-ионные аккумуляторы были изобретены в 1970-х, но только литий-ионное разнообразие взлетело в то время. Литий-ионные аккумуляторы могли нести намного больше энергии в меньшем пространстве, чем батареи потока, делая их более универсальными. В результате литий-ионные аккумуляторы использовались, чтобы много лет приводить портативную электронику в действие. И утилиты начали использовать их, чтобы сохранить увеличивающиеся суммы возобновляемой энергии, произведенной на предприятиях солнечной энергии и ветровых электростанциях.
Но высокоэнергетические упаковочные литий-ионные аккумуляторы могут сделать их подверженными перегреванию и воспламенению. Батареи потока, с другой стороны, аккумулируют свои активные химикаты отдельно, пока власть не необходима, значительно уменьшая проблемы безопасности. Эта особенность побудила исследователей и разработчиков бросать серьезный второй взгляд на батареи потока.
Укладка против соревнованияКак другие батареи потока, батарея цинкового полийодида производит энергию, качая жидкость из подвесных топливных баков в стопку батареи, центральный район, где жидкости смешаны. Подвесные топливные баки в новой батарее PNNL держат водные электролиты, водянистые решения с растворенными химикатами та энергия магазина.Когда батарея полностью освобождена от обязательств, оба бака держат то же самое решение для электролита: смесь положительно заряженных цинковых ионов, Zn2 +, и отрицательно заряженного иона йодида, I-.
Но когда батарея заряжена, один из баков также держит другой отрицательный ион, полийодид, I3-. Когда власть необходима, эти две жидкости накачаны в центральный стек. В стеке цинковые ионы проходят через отборную мембрану и изменение в металлический цинк на отрицательной стороне стека.
Этот процесс преобразовывает энергию, это химически сохранено в электролите в электричество, которое может привести здания в действие и поддержать действия энергосистемы.Чтобы проверить выполнимость их нового понятия батареи, Вэй и его коллеги PNNL создали маленькую батарею на рабочей поверхности лаборатории.
Они смешали решение для электролита, отделив черную жидкость цинкового полийодида и прозрачную жидкость цинкового йодида в двух стеклянных пузырьках как миниатюрные баки. Шланги были связаны между пузырьками, насосом и маленьким стеком.
Они помещают полную батарею с 12 часами ватта – сопоставимый приблизительно с двумя батареями iPhone – через ряд тестов, включая определение, как различные концентрации цинка и йодида в электролите затронули аккумулирование энергии. Электрическая способность измерена в часах ватта; электромобили используют приблизительно 350 часов ватта, чтобы вести одну милю в городе.
Больше власти к немуДемонстрационная батарея произвела намного больше энергии для своего размера, чем сегодняшний обычно используемые батареи потока: батарея цинкового бромида и ванадиевая батарея. Батарее цинкового полийодида PNNL также производили энергию, которая была приблизительно на 70 процентов больше чем это общего литий-ионного аккумулятора, названного литиевой железной батареей фосфата, которая используется в портативной электронике и в некоторых маленьких электромобилях.Тесты лаборатории показали, что демонстрационная батарея освободила от обязательств 167 часов ватта за литр электролита.
В сравнении батареи потока цинкового бромида производят приблизительно 70 часов ватта за литр, ванадиевые батареи потока могут создать между 15 и 25 часами ватта за литр, и стандартные литиевые железные батареи фосфата могли произвести приблизительно 233 часа ватта за литр.. Теоретически, команда вычислила, их новая батарея могла освободиться от обязательств еще более – до 322 часов ватта за литр – если бы больше химикатов было растворено в электролите.
Безопасный и универсальный, но не прекрасный все жеБатарея цинкового полийодида PNNL также более безопасна, потому что ее электролит не кислый как большинство других батарей потока. Для основанного на воде электролита почти невозможно загореться, и это не требует дорогих материалов, которые необходимы, чтобы противостоять коррозийной природе других батарей потока.
Другое преимущество новой батареи потока PNNL состоит в том, что она может работать в чрезвычайных климатах. Электролит позволяет ему работать хорошо в температурах, столь же холодных как-4 градуса по Фаренгейту и столь же теплых как +122 градуса.
Много батарей имеют намного меньшие операционные окна и могут потребовать нагревания и систем охлаждения, которые прерывают чистую выработку энергии батареи.Одной проблемой, с которой столкнулась команда, было накопление металлического цинка, который вырос от отрицательного электрода центрального стека и прошел через мембрану, делая батарею менее эффективной. Исследователи уменьшили наращивание, названное цинковым дендритом, добавив алкоголь к решению для электролита.Руководящее цинковое древовидное формирование будет ключом в предоставлении возможности батареи цинкового полийодида PNNL использоваться в реальном мире.
Вэй и его коллеги продолжат экспериментировать с различным alcohols и другими добавками, и использование продвинуло инструменты, чтобы характеризовать, как материалы батареи отвечают на те добавки. Команда также построит большую, модель с 100 часами ватта батареи для дополнительного тестирования.