Oak Ridge National Laboratory-forskare har utvecklat en avgörande komponent för en ny typ av lågpris stationära batterisystem som använder vanliga material och är utformade för ellagring i nätskala.

Stor, ekonomiska ellagringssystem kan gynna nationens nät på många sätt:balansera laster mellan topp- och lågtrafiktider; leverera energi under avbrott; lagra elektricitet från fluktuerande källor som vind och solenergi; och rymmer extremt snabb laddning av elfordon.

Nätet förlitar sig främst på vattenkraftanläggningar för energilagring, även om stationära system som använder litiumjonbatterier ökar. Dock, litium är dyrt och kommer främst från länder utanför USA.

Vissa verktyg har testat redoxflödesbatterisystem (RFB) som är en korsning mellan ett konventionellt batteri och en bränslecell. RFB är väl lämpade för nätapplikationer eftersom de är hållbara, länge levt, lätt skalbar, och ha en snabb svarstid. Dock, de flesta RFB som testas idag är beroende av ett vattenbaserat (vattenhaltigt) system, vilket minskar mängden elektricitet som kan lagras - även kallad energitäthet.

Ett icke -vattenbaserat flödesbatteri som använder vanliga, billiga material i stället för vatten och kan lagra större mängder energi i en mindre volym har varit högsta prioritet för batteriforskare. En av stötestenarna har varit utvecklingen av ett lämpligt membran för att separera de positiva och negativa elektrolyterna i batteriet samtidigt som det tillåter överföring av joner.

ORNL-forskare har nu utvecklat ett membran för ett natriumbaserat, icke-vattenhaltig RFB som kan fördubbla eller tredubbla energitätheten som vanligtvis ses i vattenbaserade RFB:er. Arbetet finansieras av Department of Energy's Office of Electricity och dess energilagringsprogram, och genom lab-riktad finansiering på ORNL.

Membranet är tillverkat av en gemensam, billig polymer, polyetenoxid (PEO). Dess konduktivitet förbättrades med en enorm 100-faldig med tillsats av en mjukgörare:tetraetylenglykoldimetyleter. Dock, blandningen minskade också membranets mekaniska hållfasthet. För att kompensera den effekten, forskarna blandade PEO med karboximetylcellulosa - en annan vanlig, säkert material som ofta används som förtjockningsmedel i livsmedelsindustrin. Kombinationen av alla tre ämnena resulterar i ett mycket hållbart membran som förväntas fungera bra i högenergibatterier.

"Ej vattenhaltiga redoxsystem fungerar vid högspänning, möjliggör högre energitäthet. Men nyckeln är att uppnå hög energitäthet utan kostnadskostnader, "sa Jagjit Nanda, projektets huvudutredare inom ORNL:s materialvetenskapliga och tekniska avdelning.

Rose Ruther, en samarbetspartner inom Energy and Transportation Science Division, sa "det här handlar egentligen om systemets kemi och förstå hur allt hänger ihop och varför vi får denna stora förbättring av konduktiviteten med membranet."

Forskningen är detaljerad i en tidskrift, "Låg kostnad, mekaniskt robust, natriumjonledande membran för icke-vattenhaltiga redoxflödesbatterier, "publicerades nyligen i ACS Energy Letters .

"Det finns ett stort tryck för att hitta energilagringslösningar för nätet. Stora energilagringssystem kan vara ett mycket dyrt förslag, "Sa Ruther." Kostnadsskalor med storlek, så om vi kan öka energitätheten, som kan resultera i stora besparingar. "

"Den heliga gralen är ett system som inte använder knappa, dyra resurser och har en högre potential för kommersialisering till en lägre kostnad "än nuvarande batteriteknik, Sa Nanda. "Den svagaste länken i systemet är membranet, och vi har gjort framsteg för att lösa detta problem med detta nya, billig prototyp. "

Nästa steg i projektet är att vidareutveckla membranet för att göra det mer selektivt för att förhindra korsning av motioner och för att förbättra dess mekaniska flexibilitet och robusthet.