Η νέα φτηνότερη ηλιακή μπαταρία κατασκευάζεται με συστατικό κατούρα
Πεταλούδα στο ηλιακό πλαίσιο. Δικαιώματα φωτογραφίας: Τάβερ (cc 2.0)

Μια μπαταρία κατασκευασμένη με ουρία, που απαντάται συνήθως στα λιπάσματα και στα ούρα των θηλαστικών, θα μπορούσε να προσφέρει έναν τρόπο χαμηλού κόστους για την αποθήκευση ενέργειας που παράγεται μέσω ηλιακής ενέργειας ή άλλων μορφών ανανεώσιμης ενέργειας για κατανάλωση κατά τις ώρες εκτός λειτουργίας.

Η μπαταρία δεν είναι εύφλεκτη και περιέχει ηλεκτρόδια από άφθονο αλουμίνιο και γραφίτη. Το κύριο συστατικό του ηλεκτρολύτη, η ουρία, παράγεται ήδη βιομηχανικά από τον τόνο για λιπάσματα φυτών.

«Ουσιαστικά, αυτό που έχετε είναι μια μπαταρία κατασκευασμένη με μερικά από τα φθηνότερα και πιο άφθονα υλικά που μπορείτε να βρείτε στη Γη. Και στην πραγματικότητα έχει καλή απόδοση », λέει ο Χοντζι Ντάι, καθηγητής χημείας στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ. «Ποιος θα πίστευε ότι θα μπορούσες να πάρεις γραφίτη, αλουμίνιο, ουρία και να φτιάξεις μια μπαταρία που μπορεί να κυκλώσει για πολύ καιρό;»

Το 2015, το εργαστήριο της Dai ήταν το πρώτο που έκανε μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία αλουμινίου. Αυτό το σύστημα φορτίστηκε σε λιγότερο από ένα λεπτό και διήρκεσε χιλιάδες κύκλους εκφόρτισης. Το εργαστήριο συνεργάστηκε με το Ινστιτούτο Βιομηχανικής Τεχνολογίας της Ταϊβάν (ITRI) για να τροφοδοτήσει μια μοτοσικλέτα με αυτήν την παλαιότερη έκδοση, η οποία είχε ένα σημαντικό μειονέκτημα: αφορούσε έναν ακριβό ηλεκτρολύτη.

Η νεότερη έκδοση περιλαμβάνει έναν ηλεκτρολύτη με βάση την ουρία και είναι περίπου 100 φορές φθηνότερος από το μοντέλο του 2015, με υψηλότερη απόδοση και χρόνο φόρτισης 45 λεπτών. Είναι η πρώτη φορά που η ουρία χρησιμοποιείται σε μπαταρία.

Η διαφορά κόστους μεταξύ των δύο μπαταριών, λέει ο Dai, είναι «σαν νύχτα και μέρα». Τα ευρήματα εμφανίζονται στο Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.


εσωτερικά εγγραφείτε γραφικό


Σε αντίθεση με την ενέργεια που προέρχεται από ορυκτά καύσιμα, η ηλιακή ενέργεια μπορεί ουσιαστικά να αξιοποιηθεί μόνο όταν ο ήλιος λάμπει. Ένας ηλιακός συλλέκτης αντλεί ενέργεια στο ηλεκτρικό δίκτυο κατά τη διάρκεια της ημέρας. Εάν αυτή η ενέργεια δεν καταναλώνεται αμέσως, χάνεται ως θερμότητα.

Καθώς αυξάνεται η ζήτηση για ανανεώσιμες τεχνολογίες, έτσι και η ανάγκη για φθηνές, αποδοτικές μπαταρίες για την αποθήκευση της ενέργειας για απελευθέρωση τη νύχτα. Οι σημερινές μπαταρίες, όπως οι μπαταρίες ιόντων λιθίου ή μολύβδου, είναι δαπανηρές και έχουν περιορισμένη διάρκεια ζωής.

Η νέα μπαταρία θα μπορούσε να προσφέρει μια λύση στο πρόβλημα αποθήκευσης του δικτύου, λέει ο υποψήφιος διδάκτορας Michael Angell. "Είναι φθηνό. Είναι αποτελεσματικό. Ο κεντρικός στόχος είναι η αποθήκευση πλέγματος. "

Η αποθήκευση πλέγματος είναι επίσης ο πιο ρεαλιστικός στόχος, λόγω του χαμηλού κόστους, της υψηλής απόδοσης και της μεγάλης διάρκειας ζωής της μπαταρίας, λέει ο Angell. Ένα είδος απόδοσης, που ονομάζεται αποδοτικότητα Coulombic, είναι μια μέτρηση του ποσού φόρτισης που εξέρχεται από την μπαταρία ανά μονάδα φόρτισης που παίρνει κατά τη φόρτιση. Η απόδοση Coulombic για αυτήν την μπαταρία είναι υψηλή - 99.7 τοις εκατό.

Αν και επίσης αποτελεσματικές, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου που βρίσκονται συνήθως σε μικρά ηλεκτρονικά και άλλες συσκευές μπορεί να είναι εύφλεκτες. Αντίθετα, η μπαταρία ουρίας είναι εύφλεκτη και συνεπώς λιγότερο επικίνδυνη.

«Θα αισθανόμουν ασφαλής εάν η εφεδρική μπαταρία μου στο σπίτι μου είναι κατασκευασμένη από ουρία με ελάχιστες πιθανότητες πρόκλησης πυρκαγιάς», λέει ο Dai.

Για να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις αποθήκευσης δικτύου, μια εμπορική μπαταρία θα πρέπει να διαρκέσει τουλάχιστον δέκα χρόνια. Ερευνώντας τις χημικές διεργασίες μέσα στην μπαταρία, η Angell ελπίζει να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της.

Οι προοπτικές είναι πολλά υποσχόμενες. Στο εργαστήριο, αυτές οι μπαταρίες ιόντων αλουμινίου με βάση την ουρία μπορούν να περάσουν περίπου 1,500 κύκλους φόρτισης με χρόνο φόρτισης 45 λεπτών.

«Με αυτήν την μπαταρία, το όνειρο είναι η αποθήκευση της ηλιακής ενέργειας σε κάθε κτίριο και σε κάθε σπίτι», λέει ο Dai. «Ίσως θα αλλάξει την καθημερινή ζωή. Δεν ξέρουμε. "

Τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας της μπαταρίας έχουν παραχωρηθεί στην AB Systems, που ιδρύθηκε από την Dai. Μια εμπορική έκδοση βρίσκεται σε εξέλιξη.

Πηγή άρθρου

Jackie Flynn για Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ

Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, το Σχέδιο Ταλέντου Παγκόσμιας Δικτύωσης 3.0, το Υπουργείο Παιδείας της Ταϊβάν και το Πρόγραμμα Μελετητών Taishan χρηματοδότησαν το έργο.

Σχετικά βιβλία

at InnerSelf Market και Amazon