Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS) araştırmacıları, nötr suda çözünmüş organik moleküllerde enerji depolayan yeni bir akış bataryası geliştirdiler. Bu yeni kimya, toksik ve aşındırıcı olmayan bir bataryaya olağanüstü uzun ömür sağlamakla birlikte üretim maliyetlerini de önemli ölçüde düşürecek potansiyele sahiptir.
Akış bataryaları, harici tankların içerisindeki sıvı çözeltilerde enerjiyi depolarlar.Tanklar ne kadar büyükse, depoladıkları enerji de o kadar fazla olur. Akış bataryaları, rüzgar ve güneş gibi yenilenebilir, kesikli enerji türleri için umut verici bir depolama çözümüdür, ancak günümüz akış bataryaları çok sayıda şarj-deşarj döngüsü nedeniyle zarar gördüğünden düşük enerji depolama kapasitesine sahiptir ve bu kapasiteyi tekrar eski haline getirmek için elektrolitin periyodik bakımı gerekmektedir.
Harvard ekibi, pozitif ve negatif elektrolit çözeltilerinde kullanılan moleküllerin yapısını değiştirerek ve onları suda çözünür hale getirerek, 1000 devir başına kapasitesinin sadece yüzde birini kaybeden bir batarya üretmeyi başardı. Aziz, “Lityum iyon piller bile 1000 devir tam şarj / deşarj döngüsünden sonra çalışmıyor” dedi.
Gordon, “Elektrolitlerin nötr suda çözünmesiyle birlikte zemin üzerine koyabileceğiniz uzun ömürlü bir batarya geliştirdik.” dedi. “Eğer ki çözelti zemine dökülürse beton çözeltiyi emmeyecek ve ortam da paslanmaz olduğu için tank ve pompa gibi batarya elemanlarını kullanmak için daha ucuz malzemeler tercih edebilirsiniz.” diye ekledi.
Bu maliyetin azaltılması önemlidir. Enerji Bakanlığı (DOE), geleneksel güç santrallerinden üretilmekte olan enerjiyle rekabet edebilecek ve 100 $/kW.h’ dan daha da az maliyete sahip rüzgar ve güneş enerjisini depolayabilen bir batarya üretme hedefi koydu.
Aziz, “Bu maliyet hedefinin yakınındaki herhangi bir yere ulaşabilirseniz, o zaman dünyayı değiştirirsiniz” dedi. “Bataryaları birçok yerde kullanma ihtiyacı maliyeti daha etkili hale getirdi. Bu araştırma sayesinde amaçladığımız hedefe ulaşmamıza bir adım daha yaklaştık.” diye ekledi.
DOE Elektrik Ofisi Enerji Depolama Araştırma Direktörü Imre Gyuk, “Suda çözünebilir organik elektrolitler üzerine yapılan bu çalışma, batarya ömrünü önemli derecede iyileştirme ve oldukça düşük maliyetli olma yolunda gelecek için önemli bir yer tutuyor” dedi. “Elektrik hattı altyapısının bir parçası olarak verimli ve uzun ömürlü akış bataryalarının standart hale gelmesini bekliyoruz.” diye ekledi.
Doktora sonrası bir araştırmacı ve makalenin ilk yazarı olan Eugene Beh “Bataryanın tasarımı için anahtar, ilk olarak önceki moleküllerin neden nötral çözeltilerde bu kadar hızlı bir şekilde bozunduğunu ortaya çıkarmaktı” dedi. İlk önce, negatif elektrolit içindeki molekül violojeninin nasıl bozunduğunu tanımlayan Beh, onu daha esnek hale getirmek için moleküler yapısını değiştirebildi.
Daha sonra ekip, pozitif elektrolitler için elektrokimyasal özellikleri ile tanınan bir molekül olan ferrosen üzerine yoğunlaştı. “Ferrosen şarj depolamak için harika, ancak suda tamamen çözünmemektedir” diyen Beh “Yanıcı ve pahalı olan organik çözücüler diğer bataryalarda kullanıldı.” diye ekledi.
Violojende olduğu gibi ferrosen moleküllerini de aynı şekilde işlevselleştiren ekip, çözünmeyen bir molekülü, stabil döngü ile iyi derecede çözünür bir moleküle dönüştürmeyi başardı.
Aziz, “Suda çözünebilir ferrosenler akış bataryaları için yepyeni bir molekül sınıfını oluşturuyor” dedi.
Nötr pH, bataryanın iki bölgesini ayıran iyon seçici membran maliyetini düşürmek için özellikle yardımcı olmalıdır. Günümüzdeki çoğu akış bataryaları, batarya içindeki zararlı kimyasallara dayanabilen pahalı polimerleri kullanmaktadır. Kullanılan bu polimer cihazın toplam maliyetinin üçte birini oluşturmaktadır. Cihazın her iki tarafında bulunan tuzlu su aracılığıyla, pahalı polimerler ucuz hidrokarbonlarla değiştirilebilir.
Bu araştırma Diana De Porcellinis, Rebecca Gracia ve Kay Xia tarafından ortak yazılmıştır. DOE Elektrik Teslim ve Enerji Güvenilirliği Ofisi ve DOE’nin Gelişmiş Araştırma Projeleri Ajansı-Enerjisi tarafından desteklenmiştir.
Harvard Teknoloji Geliştirme Dairesinden (OTD) yardım alan araştırmacılar, endüstriyel uygulamalar için teknolojiyi geliştirmek ve membran ile elektrolit arasındaki etkileşimleri optimize etmek için birkaç şirketle birlikte çalışıyorlar. Harvard OTD, akış bataryaları teknolojisindeki yenilikler konusunda beklemede olan bir portföy hazırladı.
Kaynak : sciencedaily.com