افزودنی جدید برای ذخیرهسازی مقرونبهصرفه و کارآمد انرژی در باتریهای جریان
منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و انرژی خورشیدی برای آیندهای سبز ضروری هستند، اما ذاتاً غیرقابل پیشبینیاند.
تغییرات سرعت باد و نور خورشید باعث ناپایداری این منابع انرژی میشود و نیاز فوری به سیستمهای ذخیرهسازی انرژی کارآمد ایجاد میکند. به همین دلیل رقابت برای باتریهای پیشرفته که بتوانند انرژی متناوب را بهطور قابل اعتماد ذخیره کنند، در جریان است.
در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، مهندسان به روش نوینی برای ذخیرهسازی انرژی با استفاده از تکنولوژی مبتنی بر افزودنی دست یافتهاند.
پیشرفت تکنولوژی باتریهای جریان
محققان یک افزودنی شیمیایی محلول در آب برای بهبود عملکرد باتریهای جریان آبی مبتنی بر بروماید توسعه دادهاند.
باتریهای جریان سیستمهای ذخیرهسازی الکتروشیمیایی هستند که میتوانند برای ذخیرهسازی انرژی در مقیاس بزرگ استفاده شوند.
«باتریهای جریان آبی مبتنی بر بروماید یک راهحل امیدوارکننده هستند، اما مشکلات الکتروشیمیایی ناگواری با آنها وجود دارد. به همین دلیل تا امروز محصولات موفق مبتنی بر بروماید وجود ندارد،" گفت پاتریک سالیوان، یکی از نویسندگان مطالعه.
«اما افزودنی ما میتواند بسیاری از مشکلات مختلف را حل کند،" سالیوان اضافه کرد.
باتریهای جریان آبی از الکترولیتهای مایع استفاده میکنند که بین الکترودهای جداشده توسط یک غشاء جریان پیدا میکنند. این طراحی از محلولهای یونی مبتنی بر آب بهره میبرد و مزایای وسعتپذیری، پایداری و ایمنی را ارائه میدهد.
باتریهای جریان تجاری معمولاً از یونهای وانادیوم گران استفاده میکنند، اما محققان میگویند که بروماید میتواند جایگزین ارزانتر و بیشتری باشد.
افزودنی جدید چالشها را پشت سر گذاشته است
اما باتریهای جریان مبتنی بر بروماید با چالشهایی به دلیل رفتار یونهای بروماید مواجه شدهاند. این یونها میتوانند نشت کنند، رسوبگذاری کنند یا محصولات جانبی سمی تشکیل دهند و در نتیجه عملکرد و قابلیت اطمینان باتری را تحت تأثیر قرار دهند.
افزودنی نوآورانه جدید این چالشها را مستقیماً حل میکند. با این حال، توسعه آن کار سادهای نبود.
محققان بیش از ۵۰۰ مولکول آلی بالقوه تولید کردهاند که «تراپرهای زویتریونی نرم-سخت» نامیده میشوند. از ۵۰۰ کاندیدا، فقط ۱۳ مورد برای سنتز و ارزیابی به عنوان افزودنیهای بالقوه برای باتریهای بروماید انتخاب شدند. این موضوع منجر به ایجاد افزودنیهای چندمنظوره شد که چالشهای کلیدی در باتریهای جریان را برطرف میکند.
این افزودنی از نشت یونهای بروماید از طریق غشاء جلوگیری میکند، تشکیل محصولات جانبی مضر را کاهش میدهد و حتی کارایی کلی و عمر باتری را بهبود میبخشد.
«دستگاههای ما با افزودنی بدون افت عملکرد برای تقریباً دو ماه کار میکردند در مقایسه با دستگاههایی که بدون آن بودند و معمولاً در عرض یک روز خراب میشدند،" گفت داوی فنگ، استادیار علم و مهندسی مواد.
«این مهم است زیرا برای ذخیرهسازی انرژی سبز، شما میخواهید بتوانید از آن برای ۱۰ یا ۲۰ سال استفاده کنید،" فنگ در مطبوعاتی اضافه کرد.
باتریهای لیتیم یون بزرگ امروزه بازار ذخیرهسازی انرژی در مقیاس شبکه را تسخیر کردهاند اما با مشکلات زنجیره تأمین و نگرانیهای ایمنی مواجه هستند. باتریهای جریان آبی با این افزودنی میتوانند جایگزینی امنتر و مقرونبهصرفهتر باشند.
این تیم اکنون برنامهریزی میکند تا کار خود را بر روی باتریهای جریان بروماید و یدید به دقت بیشتری ادامه دهند و تجاریسازی افزودنی را بررسی کنند که پیش از این با موفقیت در واکنشهای صنعتی در مقیاس بزرگ تولید شده است.
با این پیشرفتها، باتریهای جریان مبتنی بر بروماید ممکن است به زودی به یک راهحل قابل دوام و وسعتپذیر برای ذخیرهسازی انرژی تجدیدپذیر تبدیل شوند و راه را برای آیندهای پایدارتر هموار کنند.
یافتهها در ژورنال Nature منتشر شده است.