Alla invånare på Great Plains kan intyga den enorma omfattningen av vindkraftparker som alltmer prickar på landsbygden. I Mellanvästern och på andra håll, vindenergi står för en allt större del av USA:s energiproduktion:Under det senaste decenniet har 143 miljarder dollar investerades i nya vindprojekt, enligt American Wind Energy Association.

Dock, bommen i vindenergi står inför ett hinder - hur man effektivt och billigt lagrar energi som genereras av turbiner när vinden blåser, men energikraven är låga.

"Vi får mycket vind på natten, mer än på dagtid, men efterfrågan på el är lägre på natten, så, de dumpar det eller låser in turbiner - vi slösar bort el, "sa Trung Van Nguyen, professor i petroleum och kemiteknik vid University of Kansas. "Om vi ​​kunde lagra detta överskott på natten och sälja eller leverera det under dagtid vid högsta efterfrågan, detta skulle göra det möjligt för vindkraftsägare att tjäna mer pengar och utnyttja sin investering. På samma gång, du använder mer vindkraft och minskar efterfrågan på fossila bränslen. "

Sedan 2010, Nguyen har lett forskning för att utveckla ett avancerat vätebromflödesbatteri, en avancerad batteridesign i industriell skala-den skulle vara ungefär lika stor som en semitruck-som ingenjörer har strävat efter att utveckla sedan 1960-talet. Det kan fungera lika bra att lagra el från solkraftsanläggningar, att släppas ut över natten när det inte finns sol.

Finansieras först av National Science Foundation och senare av Advanced Research Projects Agency-Energy, Nguyen har arbetat med forskare från University of California i Santa Barbara, Vanderbilt University, University of Texas i Arlington och Case Western Reserve University. Längs vägen, Nguyen har övervakat banbrytande arbete med nyckelkomponenter i vätebrombatteridesign.

För en, där finns elektroden Nguyen utvecklad vid KU. Ett batteris elektrod är där den elektriska strömmen kommer in eller lämnar batteriet när det laddas ur. För att vara maximalt effektiv, en elektrod behöver mycket yta. Nguyens team har utvecklat en kolelektrod med högre yta genom att odla kolnanorör direkt på kolfibrerna i en porös elektrod.

"Innan vårt arbete, människor använde papper-kolelektroder och var tvungna att stapla ihop elektroder för att generera högeffekt, "sa han." Elektroderna måste vara mycket tjockare och dyrare eftersom du var tvungen att använda multipla lager - de var större och mer resistiva. Vi kom på en enkel men ny idé att odla små kolnanorör direkt ovanpå kolfibrer inuti elektroderna-som små hårstrån-och vi ökade ytan med 50-70 gånger. Vi löste kravet på hög yta för vätebrom-batterielektroder. "

En viktig fråga som återstår innan ett vätebromidbatteri kan marknadsföras framgångsrikt är utvecklingen av en effektiv katalysator för att påskynda reaktionerna på batteriets vätsida och ge högre effekt samtidigt som den extrema korrosiviteten i systemet överlever. Nu, med finansiering från en NSF-delutdelning genom ett privat företag som heter Proton OnSite, Nguyen håller på att lösa detta sista hinder.

"Jag tror att vi är på väg att få ett riktigt genombrott, "sa han." Vi behöver en hållbar katalysator, något som har samma aktivitet som den bästa katalysatorn där ute, men det kan överleva denna miljö. Vårt tidigare material hade inte tillräcklig yta för att ge tillräckligt med effekt. Men jag har kunnat fortsätta arbeta med denna rodiumsulfidkatalysator. Jag tror att vi har hittat ett sätt att öka ytarean. Nu har vi ett bättre sätt och vi kan publicera det om tre till sex månader - vi har några mindre problem att lösa, men jag tror att vi kommer att ha ett lämpligt material för vätereaktionen i detta system. "

De nya resultaten för att utveckla ett avancerat väte-bromflödesbatteri i industriell skala kommer att presenteras vid mötet i Electrochemical Society i Seattle i maj.

Verkligen, Nguyen-som har grundat flera nystartade företag under sin forskningskarriär-noterade att det nya vätebrombatteriet snart skulle kunna kommersialiseras, och lätt kan skalas till MW (effekt) MWh (energi) skalor, kommer i modulär behållarform, cirka 1 MWh i en behållare i full storlek. Men han varnade för att den bara kunde användas på fjärrkontroll, industriområden - platser som vind- och solparker, där de stora batterierna sannolikt skulle begravas under jorden.

"Detta energilagringssystem, på grund av dess korrosivitet, isn't suitable for residential or commercial systems, " he said. "Bromine is like chlorine gas. Dig a hole, line it with cement or plastic, drop this battery down and cover it up—it should be in an enclosed or sealed system to prevent leakage or emission of bromine gas. This will be suitable only for large-scale remote energy storage like solar farms and wind farms."

The KU researcher said the rise of renewable energy would depend on technology breakthroughs that make the economics attractive to energy producers and investors, and he hoped his new battery design could play a part.

"The way we use fossil fuel for energy is very inefficient, wasteful and generates greenhouse gasses, " Nguyen said. "For fossil fuels, you make the initial investment, and also you pay for operation every day—pay for coal or for natural gas for rest of the life of the power plant. Once you make the initial investment in renewable, the electricity you make is free."