25 مارس 2024-باتری های جریان-© shutterstock/P5h
محققان آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام در بخش انرژی، مسیری برای باتری‌های ایمن و مبتنی بر آب ساخته‌شده با مواد فراوان در زمین ایجاد کرده‌اند.محققان یک ماده شیمیایی رایج مورد استفاده در تاسیسات تصفیه آب را برای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ در طراحی باتری جریان جدید تغییر داده اند.
طراحی جدید مسیری را برای ترکیب منابع انرژی متناوب مانند انرژی باد و خورشید در شبکه برق کشور فراهم می کند.
این باتری مبتنی بر آهن که در Nature Communications منتشر شده است، پایداری قابل توجه دوچرخه سواری را در بیش از 1000 چرخه شارژ متوالی نشان می دهد، در حالی که 98.7٪ از حداکثر ظرفیت خود را حفظ می کند.در مقایسه، مطالعات روی باتری‌های مبتنی بر آهن مشابه، کاهش ظرفیت شارژ را دو مرتبه بیشتر در طول چرخه‌های شارژ کمتر گزارش کردند.
باتری جریان چیست؟
باتری های جریان از دو محفظه تشکیل شده اند که هر کدام با مایع متفاوتی پر شده اند. باتری ها از طریق یک واکنش الکتروشیمیایی شارژ می شوند و انرژی را در پیوندهای شیمیایی ذخیره می کنند.هنگامی که به یک مدار خارجی متصل می شوند، آن انرژی را آزاد می کنند. این می تواند دستگاه های الکتریکی را تغذیه کند.
باتری های جریان دارای دو مخزن خارجی مایع هستند که به طور مداوم در آنها گردش می کنند تا الکترولیت را تامین کنند.هرچه مخزن تامین الکترولیت بزرگتر باشد، باتری جریان می تواند انرژی بیشتری ذخیره کند.
باتری های جریان می توانند به عنوان ژنراتورهای پشتیبان برای شبکه برق عمل کنند و یکی از ستون های کلیدی استراتژی کربن زدایی هستند. آنها را می توان در هر مقیاسی، از مقیاس نیمکت آزمایشگاهی تا اندازه یک بلوک شهری ساخت.
باتری های جریانی مبتنی بر آهن چیست؟
باتری های جریانی مبتنی بر آهن که برای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ طراحی شده اند، از دهه 1980 وجود داشته اند.این باتری با سایر باتری ها متفاوت است زیرا انرژی را در یک فرمول شیمیایی مایع منحصر به فرد ذخیره می کند که آهن شارژ شده را با یک حامل انرژی مبتنی بر فسفات با pH خنثی ترکیب می کند.
این ماده شیمیایی به نام تری فسفونات نیتروژن، نیتریلوتری-متیل فسفونیک اسید یا NTMPA به صورت تجاری در مقادیر صنعتی موجود است. این به این دلیل است که معمولاً برای جلوگیری از خوردگی در تصفیه خانه های آب استفاده می شود.
فسفونات ها یک خانواده شیمیایی وسیع هستند که بر پایه عنصر فسفر هستند. بسیاری از فسفونات ها به خوبی در آب حل می شوند و مواد شیمیایی غیر سمی هستند که در کودها و مواد شوینده استفاده می شوند.
نویسنده ارشد Guosheng Li، دانشمند ارشد PNNL که توسعه مواد برای دستگاه های ذخیره انرژی قابل شارژ را هدایت می کند، گفت: ما به دنبال الکترولیتی بودیم که بتواند آهن باردار را در یک مجتمع مایع در دمای اتاق و شرایط عملیاتی ملایم با pH خنثی متصل و ذخیره کند. .
ما انگیزه داریم تا مواد باتری را تولید کنیم که در زمین فراوان باشد و بتوان آنها را در داخل کشور تهیه کرد.»
باتری جدید می تواند نگرانی های ایمنی را کاهش دهد
اپراتورهای شبکه در حال حاضر به دنبال مکان یابی سیستم های ذخیره انرژی باتری در مناطق شهری یا حومه شهر در نزدیکی مصرف کنندگان انرژی هستند.اغلب، برنامه ریزان شهری باید بر نگرانی های ایمنی مصرف کننده غلبه کنند. این نوع باتری جریان آبی می تواند به کاهش نگرانی های ایمنی کمک کند.
Aaron Hollas، نویسنده مطالعه و سرپرست تیم در گروه مواد و سیستم های باتری PNNL، می گوید: «یک تأسیسات BESS با استفاده از شیمی مشابه آنچه که ما در اینجا توسعه داده ایم، مزیت عملکرد در آب با pH خنثی را دارد.علاوه بر این، سیستم ما از معرف‌های تجاری موجود استفاده می‌کند که قبلاً برای استفاده در باتری‌های جریان بررسی نشده‌اند.
مزایای سیستم ساخته شده با مواد فراوان در زمین
این تیم گزارش داد که طراحی باتری جریان اولیه آنها می تواند به چگالی انرژی برسد که یک ویژگی کلیدی طراحی تا 9 وات ساعت در لیتر است.در مقایسه، سیستم های تجاری مبتنی بر وانادیوم بیش از دو برابر چگالی انرژی در 25 Wh/L هستند.
باتری های با چگالی انرژی بالاتر می توانند انرژی بیشتری را در یک متر مربع کوچکتر ذخیره کنند. با این حال، یک سیستم ساخته شده با مواد فراوان در زمین می تواند مقیاس شود تا انرژی خروجی یکسانی را ارائه دهد.
تسریع در توسعه فناوری باتری جریان آینده
لی گفت: “گام بعدی ما بهبود عملکرد باتری با تمرکز بر جنبه هایی مانند ولتاژ خروجی و غلظت الکترولیت است که به افزایش چگالی انرژی کمک می کند.”ولتاژ خروجی ما کمتر از خروجی باتری جریان وانادیوم معمولی است. ما در حال کار بر روی راه هایی برای بهبود آن هستیم.»
این تیم قصد دارد این فناوری و سایر فناوری‌های جدید باتری را در لانچ‌پد Grid Storage در PNNL در سال 2024 افزایش دهد.
صفحه راه اندازی Grid Storage که توسط دفتر برق وزارت انرژی تامین می شود، به سرعت بخشیدن به توسعه باتری های جریان و همچنین استراتژی هایی کمک می کند تا سیستم های ذخیره انرژی جدید بتوانند با خیال راحت به کار گرفته شوند.
