ساختن انرژی تجدیدپذیر برای شبکه بهتری هست

۲۱ مهر ۱۳۹۶ کافه

انرژی به همراهد و خورشید منابع روزافزونی برای انرژی تجدیدپذیر هست. اما مسائل متقابل آنها را به طور گسترده ای به شبکه یواس بی متصل می کند: آنها نیاز به سیستم های ذخیره انرژی دارند که در کمترین هزینه، حدود ۱۰۰ دلار برای هر کیلووات ساعت کار می کنند و فقط در مکان های خاص عمل می کنند.

اکنون محققان MIT یک به همراهتری "هوا تنفس" را ایجاد کرده اند که می تواند برای مدت زمان بسیار طولانی برق را برای تقریبه همراه یک پنجم هزینه های تکنولوژی های فعلی به همراه حداقل محدودیت های مکان و کاهش انتشار گازهای گلخانهای ذخیره کند. به همراهتری می تواند مورد هستفاده قرار گیرد تا انرژی های تجدید پذیر پراکنده را یک منبع الکتریکی قابل اطمینان برای شبکه هستفاده کند.

برای آند آن، به همراهتری جریان قابل شارژ به همراه هستفاده از ارزان و فراوان گوگرد در آب حل می شود. یک محلول نمک مایع منیزیم در کاتد، به طور مداوم اکسیژن را جذب می کند و اکسیژن را آزاد می کند، به عنوان یون های شاتل بین الکترودها. اکسیژن جریان به کاتد موجب می شود که آند الکترونها را به یک مدار خارجی متصل کند. اکسیژن جریان از الکترونها را به آند منتقل می کند، به همراهتری را شارژ می کند.

«یت مینگ چیانگ، هستاد علوم مواد و مهندسی Kyocera در MIT و همکارانش می گوید:« این به همراهتری به معنای واقعی هویت و هوا را سوزاند و دی اکسید کربن را مانند انسان به بدن وارد نمی کند. کاغذی که به همراهتری را توصیف می کند. این تحقیق امروز در مجله جول

هزینه کل شیمیایی به همراهتری – قیمت ترکیبی کاتدی، آند و مواد الکترولیتی – حدود ۱/۳۰ هزینه به همراهتری های رقابت مانند به همراهتری های لیتیوم یون هست. سیستم های تقویت شده می تواند برای ذخیره برق از به همراهد یا انرژی خورشیدی، برای چند روز تا تمام فصل ها، برای حدود ۲۰ تا ۳۰ دلار برای هر کیلووات ساعت هستفاده شود.

نویسندگان همراه به همراه چیانگ در این مقاله عبه همراهرتند از: اولین نویسنده ژنگ لی، که پس از مدتی در MIT در طول تحقیق بود و در حال حاضر هستاد ویرجینیا فناوری؛ Fikile R. Brushett، Raymond A. و Helen E. St Laurent Career Development Professor of Engineering Engineering؛ محقق پژوهشی Liang Su؛ دانشجویان فارغ التحصیل Menghsuan پان و Kai Siang؛ و دانشجویان کارشناسی ارشد آندرس Badel، Joseph M. Valle و Stephanie L. Eiler.

یافتن تعادل مناسب

توسعه به همراهتری در سال ۲۰۱۲ آغاز شد، هنگامی که چیانگ به مرکز مشترک انرژی انرژی تحقیقات ذخیره انرژی، یک پروژه پنج ساله متصل شد که حدود ۱۸۰ محقق را برای همکاری در فن آوری های صرفه جویی در انرژی به ارمغان آورد. چیانگ به عنوان بخشی به تمرکز بر توسعه یک به همراهتری کارآمد اشاره کرد که می تواند هزینه های ذخیره انرژی در مقیاس شبکه را کاهش دهد.

چیانگ می گوید، مسئله مهم به همراه به همراهتری ها در چند دهه گذشته، تمرکز بر سنتز مواد هست که تراکم انرژی بیشتری دارند اما بسیار گران هستند. برای مثال، به همراهتری های لیتیوم یون برای تلفن های همراه به طور گسترده ای مورد هستفاده قرار می گیرند، هزینه ای حدود ۱۰۰ دلار برای هر کیلووات ساعت انرژی ذخیره شده.

"چیانگ می گوید:" این به این معنی بود که ما به همراه توجه به هزینه های شیمیایی رو به رشد در تلاش برای افزایش تراکم انرژی، تمرکز ما بر روی چیز درست نیست. " او موضوع را به دیگر محققان MIT آورده هست. "ما گفتیم" اگر ما می خواهیم ذخیره انرژی در مقیاس ترابیت، ما مجبوریم از مواد بسیار پربه همراهر هستفاده کنیم. "

محققان ابتدا تصمیم گرفتند که آند به گوگرد نیاز داشته به همراهشد، یک محصول به طور گسترده ای در دسترس از گاز طبیعی و پالایش نفت هست که بسیار انرژی دارد و کمترین هزینه را در هر به همراهر ذخیره شده در کنار آب و هوا دارد. چالش پس از آن پیدا کردن یک ماده کاتد مایع ارزان بود که در هنگام تولید یک به همراهر معنایی به همراهقی ماند. این به نظر غیرممکن بود – تا زمانی که یک کشف نجومی در آزمایشگاه به همراهشد.

در یک لیست کوتاه از نامزدها ترکیبه همراهتی به نام پرمنگنات پتاسیم بود. اگر به عنوان یک ماده کاتد هستفاده شود، این ترکیب "کاهش می یابد" – واکنشی هست که یونها را از آند به کاتد برمی دارد و الکتریسیته را تخلیه می کند. به همراه این حال، کاهش پرمنگنات به طور معمول غیر ممکن هست معکوس، به این معنی که به همراهتری قابل شارژ نخواهد بود.

به همراه این حال، لی سعی کرد. همانطور که انتظار می رفت، این معکوس شکست خورد. به همراه این حال، به همراهتری، در واقع، شارژ بود، به دلیل یک واکنش غیر منتظره اکسیژن در کاتد، که به طور کامل در هوا اجرا شد. چیانگ می گوید: "صبر کنید، یک شیمی قابل شارژ را به همراه هستفاده از گوگرد که نیازی به ترکیب کادو ندارد، کشف کردید". چیانگ می گوید:

به همراه هستفاده از این مفهوم، تیم محققان یک نوع به همراهتری جریان ایجاد کرد که الکترولیت ها به طور مداوم از طریق الکترودها پمپ می شوند و از طریق یک سلول واکنش برای ایجاد شارژ یا تخلیه حرکت می کنند. این به همراهتری شامل یک انود مایع (آنولیت) پلی سولفید هست که شامل یونهای لیتیوم یا سدیم و کاتد مایع (کاتولیت) هست که از نمک حل شده اکسیدانده شده جدا شده و توسط غشا جدا شده هست.

پس از تخلیه، آنولیت الکترونها را به یک مدار خارجی آزاد می کند و یون های لیتیوم یا سدیم به کاتد می رسند. در عین حال، برای حفظ الکترو نوری بودن، کاتولیت به اکسیژن جذب می شود، یون های هیدروکسید متشکل از منفی را جذب می کند. هنگام شارژ، روند به سادگی معکوس می شود. اکسیژن از کاتولیت خارج می شود و یونهای هیدروژن را افزایش می دهد که الکترونها را از طریق مدار خارجی به آنولیت هدایت می کنند.

چیانگ می گوید: "آنچه که این کار انجام می دهد، تعادل شارژ را به همراه هستفاده از اکسیژن در داخل و خارج از سیستم ایجاد می کند."

از آنجا که به همراهتری از مواد بسیار ارزان قیمت هستفاده می کند، هزینه شیمیائی آن یکی از پایین ترین – و نه کمترین – هر به همراهتری قابل شارژ هست که امکان تخلیه طولانی مدت به همراه هزینه را فراهم می کند. تراکم انرژی آن کمی کمتر از به همراهتری های لیتیوم یون هست.

"Venkat Viswanathan، هستادیار مهندسی مکانیک در دانشگاه Carnegie Mellon می گوید:" این یک مفهوم خلاق و جالب جدید هست که به طور به همراهلقوه می تواند یک راه حل فوق العاده ارزان قیمت برای ذخیره شبکه به همراهشد. "

به همراهتری های لیتیوم گوگرد و لیتیوم هوا – که در آن سولفور یا اکسیژن در کاتد هستفاده می شود – امروزه وجود دارد. ویسواناتان می گوید، نوآوری کلیدی تحقیق MIT، ترکیب دو مفهوم برای ایجاد یک به همراهتری ارزان قیمت به همراه کارایی قابل مقایسه و تراکم انرژی هست. این طرح می تواند کار جدیدی را در این زمینه الهام دهد، او افزود: "این چیزی هست که بلافاصله تصورات شما را جذب می کند."

به همراهزسازی انرژی قابل اعتماد تر

نمونه اولیه در حال حاضر در مورد اندازه فنجان قهوه هست. چیانگ می گوید، به همراهتری های جریان بسیار مقیاس پذیر هستند، و سلول ها می توانند به سیستم های بزرگتر ترکیب شوند.

به دلیل اینکه به همراهتری می تواند ظرف چند ماه تخلیه شود، بهترین هستفاده ممکن هست برای ذخیره سازی برق از منابع به همراهد و انرژی خورشیدی غالبه همراه غیر قابل پیش بینی به همراهشد. "متقارن برای خورشید روزانه هست، اما برای به همراهد آن طولانی شدن متناوب و غیر قابل پیش بینی هست. چیانگ می گوید: زمانی که این قابلیت ها قابل پیش بینی نیست، شما نیاز به رزرو بیشتری دارید – توانایی تخلیه یک به همراهتری در مدت زمان طولانی – زیرا شما نمی دانید زمانی که به همراهد می آید دوبه همراهره به آینده برگردد. ذخیره سازی فصلی بسیار مهم هست، او اضافه می کند، به خصوص به همراه افزایش فاصله شمال هستوا، جایی که میزان نور خورشید از تابستان به زمستان بیشتر متفاوت هست.

چیانگ می گوید این می تواند اولین تکنولوژی برای رقابت به همراه چگالی هزینه و انرژی به همراه سیستم های ذخیره سازی هیدروالکتریکی پمپ به همراهشد که اکثر ذخیره انرژی انرژی تجدید پذیر را در سرتاسر جهان فراهم می کند، اما به همراه مکان بسیار محدود هست.

"تراکم انرژی یک به همراهتری جریان مانند این بیش از ۵۰۰ برابر بیشتر از ذخیره سازی هیدروالکتریک پمپ شده هست. چیانگ می گوید: این نیز خیلی فشرده هست، به طوری که شما می توانید تصور کنید آن را در هر نقطه تولید نسلی تجدید پذیر هست.

این تحقیق توسط وزارت انرژی حمایت شد

دانلود آهنگ مسعود صادقلو ما به هم میایم