이 물 기반 배터리 저장 녹색 에너지 나중에

이 물 기반 배터리 저장 녹색 에너지 나중에
사진 크레딧 : 가브리엘 메르 크. Wikimedia.org (사진 #46)

새로운 수성 배터리는 나중에 바람이나 태양 에너지를 저장하는 저렴한 방법을 제공 할 수 있다고 연구자들은 말한다.

배터리는 태양이 비치고 바람이 불고있을 때 생성 된 에너지를 저장하여 전기 그리드로 다시 공급되고 수요가 높을 때 재분배 할 수 있습니다.

프로토 타입 망간 - 수소 배터리,에서보고 된 자연 에너지는 단지 3 인치 높이에 불과하며 키 링에 매달려있는 LED 손전등의 에너지 레벨과 동등한 전기의 20 밀리 와트 시간을 생성합니다.

프로토 타입의 소형 출력에도 불구하고 연구자들은이 탁상용 기술을 10,000 시간까지 충전 및 재충전 할 수있는 산업용 등급 시스템으로 확장 할 수 있다고 확신하고 있으며, 유용한 수명을 가진 그리드 스케일 배터리를 로사리오 염주.

스탠포드 대학의 재료 과학 교수이자 신문의 수석 저자 인이 Cui 교수는 망간 - 수소 배터리 기술이 미국의 에너지 퍼즐에서 누락 된 부분 중 하나 일 수 있다고 예측합니다. 예를 들어 예측할 수없는 바람이나 태양 에너지를 줄이기 위해 재생 가능한 원천이 없을 때 신뢰할 수 있지만 탄소 배출 화석 연료를 태울 필요성.

"우리가 한 일은 특별한 염분을 물에 던져 전극에 떨어 뜨리면 전자를 수소 가스 형태로 저장하는 가역적 인 화학 반응을 일으켰습니다."라고 Cui는 말합니다.

영리한 화학

Cui 연구실의 박사후 연구원 인 Wei Chen은 개념을 꿈꾸고 프로토 타입을 제작 한 팀을 이끌었습니다. 본질적으로, 연구자들은 건전지, 비료, 종이 및 기타 제품을 만드는 데 사용되는 값 싸고 풍부한 산업 소금 인 물과 황산 망간의 가역적 전자 교환을 줄였다.

바람이나 태양열 소스가 배터리에 전력을 공급할 수있는 방법을 모방하기 위해 연구원은 프로토 타입에 전원을 연결했습니다. 유입 된 전자는 물에 용해 된 황산 망간과 반응하여 이산화망간 입자가 전극에 달라 붙습니다. 과도한 전자는 수소 가스로 버블 링되어 나중에 사용하기 위해 그 에너지를 저장합니다.

엔지니어는 수소 가스에 저장된 에너지로 전기를 재생하는 방법을 알고 있으므로 중요한 다음 단계는 수성 배터리를 재충전 할 수 있음을 증명하는 것입니다.

연구팀은 황산 망간 염을 보충하면서 전극에 달라 붙는 이산화 망간 입자가 물과 결합되도록 유도하여 고갈 된 프로토 타입에 전원을 다시 연결함으로써이 작업을 수행했습니다. 이 과정이 소금을 되 돌렸을 때, 들어오는 전자는 과잉이되었고, 과도한 힘은 수소 가스로 버블 링 될 수있었습니다. 반복적으로 반복 될 수있는 방법으로.

Cui는 수성 배터리의 예상 수명을 감안할 때 12 시간 동안 100 와트 전구에 전력을 공급하기에 충분한 전력을 저장하는 데 1 페니가들 것으로 추산합니다.

"이 프로토 타입 기술은 실용 규모의 전기 스토리지 실용성을위한 에너지 부 목표를 충족시킬 수있을 것으로 믿습니다."라고 Cui는 말합니다.

DOE (Department of Energy)는 최소 1 시간 동안 20 킬로와트 이상의 전력을 저장하고 방전해야하며 최소 5,000 충전이 가능하고 10 년의 유용한 수명을 지닌 그리드 규모의 배터리를 권장합니다. 더. 실용적으로하기 위해 그러한 배터리 시스템은 $ 2,000 이하 또는 킬로와트 시간당 $ 100의 비용을 지불해야합니다.

전 DOE 장관이자 노벨 수상자 인 스티븐 추 (Stanford) 교수는 현재 재생 가능 에너지로 전환하는 데 도움이되는 기술 장려에 오랫동안 관심을 보였습니다.

"정확한 소재와 디자인은 여전히 ​​개발이 필요하지만이 프로토 타입은 저비용, 오래 지속되는 유틸리티 규모의 배터리를 얻을 수있는 새로운 방법을 제시하는 과학 및 공학의 유형을 보여줍니다."라고 Chu는 말합니다. 연구팀.

그리드 전원 공급

DOE의 추정에 따르면, 미국 전기의 70 퍼센트는 석탄 또는 천연 가스 설비에서 발생하며 이산화탄소 배출량의 40 퍼센트를 차지합니다. 풍력과 태양열로의 전환은 그러한 배출량을 줄이는 한 가지 방법입니다. 그러나 이는 전원 공급 장치의 가변성과 관련된 새로운 문제를 야기합니다. 가장 명백하게, 태양은 낮에만 빛난다. 때로는 바람이 불지 않는다.

그러나 잘 알려지지 않았지만 중요한 또 다른 형태의 변이는 그리드에 대한 수요 급증, 즉 지역 및 궁극적으로 가정에 전기를 공급하는 고압 전선 네트워크입니다. 더운 날, 사람들이 일터에서 집으로 돌아와 에어컨을 가동 할 때 유틸리티는 전력 수요를 충족시키기 위해로드 밸런싱 전략을 가져야합니다. 그리드를 다운시킬 수있는 절전 또는 정전을 피하기 위해 몇 분 안에 발전을 몇 분 안에 향상시킬 수있는 방법입니다 .

오늘날 유틸리티 회사는 하루 중 많은 시간을 유휴 상태로 유지할 수 있지만 신속하게 에너지를 생산하지만 탄소 배출량을 늘리는 온라인으로 수 분 내에 온 디맨드 또는 "파견 가능한"발전소를 가동하여이를 수행합니다. 일부 유틸리티는 화석 연료 연소 플랜트에 의존하지 않는 단기로드 밸런싱을 개발했습니다.

가장 일반적이며 경제적 인 전략은 수력 발전소를 펌핑하는 것입니다. 과도한 힘을 사용하여 오르막을 보내고 피크 수요가 발생하는 동안 에너지를 생성하기 위해 다시 물을 내려 가게합니다. 그러나 수력 발전소는 충분한 물과 공간이있는 지역에서만 작동합니다. DOE는 풍력과 태양열을보다 유용하게 만들기 위해 대용량 배터리를 대안으로 권장했습니다.

경쟁에서 이기다.

Cui는 몇 가지 유형의 충전식 배터리 기술이 시장에 나와 있지만 DOE 요구 사항을 충족시키는 방법과 유틸리티, 규제 기관 및 국가의 전력망을 유지 관리하는 다른 이해 관계자들에게 그들의 실용성을 입증 할 수있는 방법이 명확하지는 않다.

예를 들어, Cui는 휴대폰과 노트북을 작동 시키는데 필요한 적은 양의 에너지를 저장하는 재충전 용 리튬 이온 배터리는 희귀 물질을 기반으로하므로 이웃 도시에 전력을 저장하기에 너무 비싸다고 말합니다. Cui는 그리드 규모의 스토리지는 저비용, 대용량, 재충전 배터리가 필요하다고 말한다. 망간 - 수소 공정은 유망한 것으로 보인다.

"다른 충전식 배터리 기술은 평생 동안 그 비용의 5 배가 넘습니다."라고 Cui는 덧붙입니다.

Chen은 새로운 화학, 저비용 물질 및 상대적 단순성으로 인해 망간 수소 전지가 저비용 그리드 규모 배치에 이상적이라고 말했다.

프로토 타입 자체를 증명할 개발 작업이 필요합니다. 한 가지 점은 백금을 촉매로 사용하여 전극에서 중요한 화학 반응을 촉진시켜 재충전 프로세스가 효율적으로 이루어지며 대규모 부품 배치에 비용이 많이 든다는 것입니다. 그러나 Chen은이 팀이 가역적 인 전자 교환을 수행하기 위해 망간 황산과 물을 감싸는 저렴한 방법을 이미 연구하고 있다고 말했다.

"우리는 100 / kWh-hour DOE 목표를 밑도는 촉매를 발견했습니다.

연구자들은 DOE 요건의 두 배인 프로토 타입에 대한 10,000 재충전을 실시하지만 수명과 성능을 정확하게 평가하기 위해서는 실제 전기 그리드 저장 조건에서 망간 수소 배터리를 테스트해야한다고 말합니다.

Cui는 Stanford Office of Technology Licensing을 통해이 프로세스를 특허하려고했으며 시스템을 상용화 할 회사를 설립 할 계획이라고 밝혔습니다.

저자에 관하여

스탠포드 대학 (Stanford University)의 재료 과학 교수 인이 쿠이 (Yi Cui)는이 논문의 수석 저자이다. 추가 공저자는 중국 과학 아카데미와 스탠포드 출신이다. 에너지 부 (Department of Energy)가 연구비를 지원했습니다.

출처: Stanford University

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