En ny kombination av material som utvecklats av Stanford -forskare kan hjälpa till att utveckla ett laddningsbart batteri som kan lagra de stora mängder förnybar energi som skapas genom vind- eller solkällor. Med vidareutveckling, den nya tekniken skulle kunna leverera energi till elnätet snabbt, kostnadseffektivt och vid normala omgivningstemperaturer.

Tekniken – en typ av batteri som kallas flödesbatteri – har länge ansetts vara en trolig kandidat för att lagra intermittent förnybar energi. Dock, Hittills har de typer av vätskor som kan producera den elektriska strömmen antingen begränsats av mängden energi de kunde leverera eller har krävt extremt höga temperaturer eller använt mycket giftiga eller dyra kemikalier.

Stanford biträdande professor i materialvetenskap och teknik William Chueh, tillsammans med sin Ph.D. student Antonio Baclig och Jason Rugolo, nu en teknikprospektör på Alfabetets forskningsdotterbolag X Development, bestämde mig för att prova natrium och kalium, som när de blandas bildar en flytande metall vid rumstemperatur, som vätskan för elektrondonatorn – eller negativa – sidan av batteriet. Teoretiskt sett denna flytande metall har minst 10 gånger den tillgängliga energin per gram som andra kandidater för negativsidans vätska i ett flödesbatteri.

"Vi har fortfarande mycket att göra, sade Baclig, "men det här är en ny typ av flödesbatteri som skulle kunna möjliggöra mycket högre användning av sol- och vindkraft med hjälp av jordmånga material."

Gruppen publicerade sitt arbete i 18 juli-numret av Joule .

Separerande sidor

För att använda den flytande metallens negativa ände av batteriet, gruppen hittade ett lämpligt keramiskt membran tillverkat av kalium och aluminiumoxid för att hålla de negativa och positiva materialen åtskilda samtidigt som strömmen flyter.

De två framsteg tillsammans mer än fördubblade den maximala spänningen för konventionella flödesbatterier, och prototypen förblev stabil i tusentals driftstimmar. Denna högre spänning betyder att batteriet kan lagra mer energi för sin storlek, vilket också sänker kostnaden för att producera batteriet.

"En ny batteriteknik har så många olika prestandamått att möta:kostnad, effektivitet, storlek, livstid, säkerhet, etc., ", sa Baclig. "Vi tror att den här typen av teknik har möjlighet, med mer arbete, att träffa dem alla, det är därför vi är glada över det. "

Förbättringar framöver

Teamet av Stanford Ph.D. studenter, som förutom Baclig inkluderar Geoff McConohy och Andrey Poletayev, fann att det keramiska membranet mycket selektivt förhindrar natrium från att migrera till den positiva sidan av cellen – avgörande om membranet ska bli framgångsrikt. Dock, denna typ av membran är mest effektiv vid temperaturer högre än 200 grader Celsius (392 F). I jakten på ett rumstemperaturbatteri, gruppen experimenterade med ett tunnare membran. Detta ökade enhetens effekt och visade att förfining av membranets design är en lovande väg.

De experimenterade också med fyra olika vätskor för den positiva sidan av batteriet. De vattenbaserade vätskorna bröt snabbt ned membranet, men de tror att ett icke-vattenbaserat alternativ kommer att förbättra batteriets prestanda.