Zespół badawczy WPI ulepszył baterie alkaliczne na bazie żelaza, dodając krzemian, zapobiegając tworzeniu się wodoru podczas ładowania.
Świat szybko zmierza w kierunku energii odnawialnej, ale wyzwania pozostają. Energia słoneczna jest niedostępna w nocy, a energia wiatru zmienia się w nieprzewidywalny sposób. Aby zaradzić tym brakom, potrzebne są nowe technologie umożliwiające magazynowanie nadmiaru energii z sieci w okresach dużej produkcji i uwalnianie jej w okresach niedoboru.
Akumulatory litowo-jonowe odgrywają kluczową rolę w życiu codziennym, zasilając urządzenia, od smartfonów po pojazdy elektryczne. Opierają się jednak na ograniczonych zasobach, takich jak lit, nikiel i kobalt, co budzi obawy dotyczące zrównoważonego rozwoju i kosztów.
Xiaowei Teng, profesor inżynierii chemicznej Jamesa H. Manninga w WPI, kieruje zespołem mającym na celu badanie nowych technologii akumulatorów do magazynowania energii w sieci. Najnowsze wyniki zespołu opublikowane w europejskim czasopiśmie naukowym ChemSusChemsugerują, że żelazo potraktowane dodatkiem krzemianowym do elektrolitu może stworzyć wysokowydajną anodę baterii alkalicznych.
Żelazo, drugi po aluminium, najpowszechniej występujący metal w skorupie ziemskiej, jest znacznie bardziej zrównoważony niż nikiel i kobalt. W samych Stanach Zjednoczonych każdego roku poddaje się recyklingowi około 40 milionów ton żelaza i stali ze złomu.
Teng zauważa, że żelazo jest już stosowane jako anoda baterii alkalicznych w bateriach alkalicznych żelazowo-niklowych — wynalezionych przez Thomasa Edisona w XX wieku — ale ma niską efektywność energetyczną i pojemność magazynowania ze względu na tworzenie się gazowego wodoru podczas ładowania i obojętnego tlenku żelaza podczas ładowania. rozładowywanie.
Rola krzemianu w żelaznych bateriach alkalicznych
„Nie chcemy, aby podczas ładowania akumulatora wydzielał się wodór” – powiedział Teng. „To znacznie pogarsza efektywność energetyczną systemu akumulatorowego. Bez rozwiązania tych problemów technicznych żelazne baterie alkaliczne będą mniej atrakcyjne dla nowoczesnych systemów magazynowania energii łączonych z sieciami elektrycznymi.
W artykule z okładki z 7 października zamieszczonym w ChemSusChemzespół poinformował, że dodanie krzemianu do elektrolitów umożliwiło ładowanie akumulatora bez wytwarzania wodoru.
Krzemian, związek chemiczny krzemu i tlenu, od dawna jest stosowany jako niedrogi i prosty środek w szkle, cemencie, izolacjach i detergentach, powiedziała Sathya Jagadeesan, doktorantka w WPI i główna autorka artykułu. Zespół odkrył, że krzemian silnie oddziałuje również z elektrodami akumulatora i hamuje wytwarzanie gazowego wodoru. Teng powiedział, że ten nowy proces może ulepszyć chemię redoks żelaza alkalicznego w bateriach żelazowo-powietrznych i żelazowo-niklowych do zastosowań w magazynowaniu energii, takich jak mikrosieci lub indywidualne farmy słoneczne lub wiatrowe.
Odniesienie: „Odblokowywanie odwracalnego alkalicznego redoks żelaza o dużej wydajności za pomocą hybrydowych elektrolitów krzemianowo-wodorotlenkowych” autorstwa Sathya Narayanan Jagadeesan, Fenghua Guo, Ranga Teja Pidathala, AM Milinda Abeykoon, Gihan Kwon, Daniel Olds, Badri Narayanan i Xiaowei Teng, 19 czerwca 2024 r. , ChemSusChem.
DOI: 10.1002/cssc.202400050
