Новости

Jun 03, 2023

Перезаряжаемая батарея с расплавленной солью надолго замораживает энергию на месте

Эта технология может принести больше возобновляемой энергии в энергосистему. Весной на северо-западе Тихого океана талая вода от таяния снега устремляется вниз по рекам, и часто дует сильный ветер. Эти силы

Эта технология может принести больше возобновляемой энергии в энергосистему.

Весной на северо-западе Тихого океана талая вода от таяния снега устремляется по рекам, и часто дует сильный ветер. Эти силы вращают многочисленные электротурбины региона и производят большое количество электроэнергии в период умеренных температур и относительно низкого спроса на энергию. Но большая часть этого сезонного избытка электроэнергии, которая могла бы питать кондиционеры летом, теряется, потому что батареи не могут хранить ее достаточно долго.

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL), национальной лаборатории Министерства энергетики в Ричленде, штат Вашингтон, разрабатывают батарею, которая могла бы решить эту проблему. В недавней статье, опубликованной в журнале Cell Reports Physical Science, они продемонстрировали, как замораживание и оттаивание раствора расплавленной соли создает перезаряжаемую батарею, которая может дешево и эффективно хранить энергию в течение недель или месяцев. Такая возможность имеет решающее значение для перехода от ископаемого топлива, выделяющего парниковые газы, к возобновляемым источникам энергии. Президент Джо Байден поставил перед собой цель сократить выбросы углекислого газа в США вдвое к 2030 году, что потребует значительного увеличения ветровой, солнечной и других экологически чистых источников энергии, а также способов хранения энергии, которую они производят.

Большинство обычных аккумуляторов хранят энергию в виде химических реакций, ожидающих своего часа. Когда батарея подключена к внешней цепи, электроны перемещаются с одной стороны батареи на другую через эту цепь, генерируя электричество. Чтобы компенсировать это изменение, заряженные частицы, называемые ионами, движутся через жидкость, пасту или твердый материал, разделяющий две стороны батареи. Но даже когда батарея не используется, ионы постепенно диффундируют через этот материал, который называется электролитом. Поскольку это происходит в течение недель или месяцев, батарея теряет энергию. Некоторые аккумуляторные батареи могут потерять почти треть своего заряда за один месяц.

«В нашей батарее мы действительно пытались остановить саморазряд», — говорит исследователь PNNL Гуошэн Ли, возглавлявший проект. Электролит состоит из раствора соли, который является твердым при температуре окружающей среды, но становится жидким при нагревании до 180 градусов по Цельсию — примерно при температуре, при которой выпекают печенье. Когда электролит твердый, ионы фиксируются на месте, предотвращая саморазряд. Только когда электролит становится жидким, ионы могут проходить через батарею, позволяя ей заряжаться или разряжаться.

Создать батарею, способную выдерживать повторяющиеся циклы нагрева и охлаждения, — непростая задача. Колебания температуры заставляют батарею расширяться и сжиматься, и исследователям пришлось найти устойчивые материалы, которые могли бы выдержать эти изменения. «То, что мы видели раньше, — это множество активных исследований, направленных на то, чтобы убедиться, что вам не придется проходить через этот тепловой цикл», — говорит Винс Спренкл, стратегический советник по хранению энергии в PNNL и соавтор новой статьи. «Мы говорим: «Мы хотим пройти через это, хотим выжить и использовать это как ключевую особенность».

В результате появилась перезаряжаемая батарея, изготовленная из относительно недорогих материалов, которая может хранить энергию в течение длительного времени. «Это отличный пример многообещающей технологии длительного хранения энергии», — говорит Аврора Эдингтон, директор по политике ассоциации электроэнергетической промышленности GridWise Alliance, которая не участвовала в этом исследовании. «Я думаю, нам нужно поддержать эти усилия и посмотреть, насколько далеко мы сможем продвинуть их до коммерциализации».

Эта технология может быть особенно полезна в таких местах, как Аляска, где почти постоянный летний солнечный свет сочетается с относительно низкими показателями энергопотребления. Батарея, которая может хранить энергию в течение нескольких месяцев, может обеспечить обильную солнечную энергию летом для удовлетворения потребностей в электроэнергии зимой. «Что так привлекательно в аккумуляторе для замораживания-оттаивания, так это возможность сезонного переключения», — говорит Роб Ройс, директор по инновациям Launch Alaska, некоммерческой организации, которая работает над ускорением внедрения климатических технологий в штате. Ройс надеется пилотировать батарею PNNL в отдаленной части своего штата.