Källa: Engineering.Columbia.edu
Förnybara energikällor som vind och sol är avgörande för att upprätthålla vår planet, men de kommer med en stor utmaning: de genererar inte alltid kraft när det behövs. För att få ut det mesta av dem behöver vi effektiva och prisvärda sätt att lagra den energi de producerar, så vi har kraft även när vinden inte blåser eller solen inte lyser.
Forskare från Columbia Engineering Material har varit inriktade på att utveckla nya typer av batterier för att förändra hur vi lagrar förnybar energi. I en ny studie som publicerades 5 september av Nature Communications använde teamet K-NA/S-batterier som kombinerar billiga, lätt framkallade element -- kalium (k) och natrium (NA), tillsammans med svavel (S) -- för att skapa en lågkostnad, högenergilösning för långvarig energilagring.
"Det är viktigt att vi kan förlänga den tid som dessa batterier kan fungera, och att vi kan tillverka dem enkelt och billigt", säger teamets ledare Yuan Yang, docent i materialvetenskap och teknik vid avdelningen för tillämpad fysik och matematik vid Columbia Engineering. "Att göra förnybar energi mer tillförlitlig hjälper till att stabilisera våra energinät, minska vårt beroende av fossila bränslen och stödja en mer hållbar energi framtid för oss alla."
Ny elektrolyt hjälper K-NA/S-batterier att lagra och släppa energi mer effektivt
There are two major challenges with K-Na/S batteries: they have a low capacity because the formation of inactive solid K2S2 and K2S blocks the diffusion process and their operation requires very high temperatures (>250 OC) som behöver komplex termisk hantering och därmed öka kostnaden för processen. Tidigare studier har kämpat med fasta fällningar och låg kapacitet och sökningen har pågått för en ny teknik för att förbättra dessa typer av batterier.
Yangs grupp utvecklade en ny elektrolyt, ett lösningsmedel av acetamid och e-kaprolaktam, för att hjälpa batteriet och släppa energi. Denna elektrolyt kan lösa upp K2S2 och K2, vilket förbättrar energitätheten och effektdensiteten för mellanliggande temperatur K/S-batterier. Dessutom gör det att batteriet kan arbeta vid en mycket lägre temperatur (cirka 75 grader) än tidigare konstruktioner, medan det fortfarande uppnår nästan den maximala möjliga energilagringskapaciteten.
"Vår strategi uppnår nästan teoretiska urladdningskapacitet och förlängd cykelliv. Detta är mycket spännande inom området mellanliggande temperatur K/S-batterier," sade studiens co-första författare Zhenghao Yang, en doktorand med Yang.
Väg till en hållbar energiframtid
Yangs grupp är ansluten till Columbia Electrochemical Energy Center (CEEC), som tar en multiscale -strategi för att upptäcka banbrytande teknik och påskynda kommersialiseringen. CEEC förenar fakulteten och forskare från hela skolan för teknik och tillämpad vetenskap som studerar elektrokemisk energi med intressen som sträcker sig från elektroner till enheter till system. Dess branschpartnerskap möjliggör genomförandet av genombrott i elektrokemisk energilagring och konvertering.
Planerar att skala upp
Medan teamet för närvarande är fokuserat på små, myntstora batterier, är deras mål att så småningom skala upp denna teknik för att lagra stora mängder energi. Om de lyckas kan dessa nya batterier ge en stabil och pålitlig strömförsörjning från förnybara källor, även under tider med låg sol eller vind. Teamet arbetar nu med att optimera elektrolytkompositionen.
