«Батареи в последний раз для приблизительно 5 000 перезаряжают циклы, давая им предполагаемую 15-летнюю продолжительность жизни», сказал Шри Нараян, преподаватель химии в Колледже USC Dornsife Писем, Искусств и Наук и соответствующего автора статьи, описывающей новые батареи, который был издан онлайн Журналом Электрохимического Общества 20 июня. «Литий-ионные аккумуляторы ухудшаются приблизительно после 1 000 циклов и стоят в 10 раз больше, чтобы произвести».Narayan сотрудничал с Сурьей Пракашем, Пракашем, преподавателем химии и директором Научно-исследовательского института Углеводорода USC Loker, а также Яном Филиала USC, Леной Хообер-Бурхардт и Фан Ваном.
«Такие органические батареи потока будут переломными моментами для хранения электроэнергии сетки с точки зрения простоты, стоить, надежность и устойчивость», сказал Пракаш.Батареи могли проложить путь к возобновляемым источникам энергии, чтобы составить большую долю национального производства энергии. Солнечные батареи могут только произвести энергию, когда яркое солнце, и ветряные двигатели может только произвести энергию, когда ветер дует.
Та врожденная ненадежность мешает энергетическим компаниям полагаться на них, чтобы встретить потребительский спрос.С батареями, чтобы сохранить избыточную энергию и затем скупо выдать его по мере необходимости, что спорадическая ненадежность могла прекратить быть такой проблемой.«’Мегаизмерьте’, аккумулирование энергии – критическая проблема в будущем возобновляемой энергии, требуя недорогих и экологичных решений», сказал Нараян.
Новая батарея основана на окислительно-восстановительном дизайне потока – подобный в дизайне к топливному элементу с двумя баками электроактивных материалов, расторгнутых в воде. Решения накачаны в клетку, содержащую мембрану между этими двумя жидкостями с электродами с обеих сторон, выпустив энергию.Дизайн имеет преимущество разъединения власти от энергии.
Баки электроактивных материалов могут быть сделаны как большие по мере необходимости – увеличивающий общую сумму энергии, которую система может сохранить – или центральную клетку можно щипнуть, чтобы выпустить ту энергию быстрее или медленнее, изменив количество энергии (энергия, выпускаемая со временем), который может произвести система.Прорыв команды сосредоточился вокруг электроактивных материалов. В то время как предыдущие проекты батареи использовали металлы или ядохимикаты, Нараян и Пракаш хотели найти органическое соединение, которое могло быть расторгнуто в воде.
Такая система создала бы минимальное воздействие на окружающую среду и вероятно будет дешевой, они фигурировали.Через комбинацию дизайна молекулы и эмпирический, они нашли, что определенные естественные хиноны – окисленные органические соединения – отвечают всем требованиям. Хиноны найдены на растениях, грибах, бактериях и некоторых животных, и вовлечены в фотосинтез и клеточное дыхание.«Это типы молекул, которые природа использует для энергетической передачи», сказал Нараян.
В настоящее время хиноны, необходимые для батарей, произведены от естественных углеводородов. В будущем потенциал существует, чтобы получить их из углекислого газа, сказал Нараян.Команда подала несколько патентов в отношении дизайна батареи, и затем планирует построить версию более широкого масштаба.
Это исследование финансировалось ARPA-E Открытая-FOA программа (DE-AR0000337), Университет Южной Калифорнии и Научно-исследовательский институт Углеводорода Loker.