USC-forskare har utvecklat ett nytt batteri som kan lösa problemet med ellagring som begränsar utbredd användning av förnybar energi.

Tekniken är en ny spin på en känd design som lagrar el i lösningar, sorterar elektronerna och släpper ström när det behövs. Så kallade redoxflödesbatterier har funnits ett tag, men USC-forskarna har byggt en bättre version baserad på billiga och lättillgängliga material.

"Vi har visat ett billigt, långt liv, säkert och miljövänligt flödesbatteri attraktivt för att lagra energi från sol- och vindenergisystem i massskala, " sa kemiprofessor Sri Narayan, huvudförfattare för studien och meddirektör för Loker Hydrocarbon Research Institute vid USC.

Studien publicerades idag i Journal of the Electrochemical Society .

Energilagring är ett stort hinder för förnybar energi eftersom energibehovet inte alltid sammanfaller när vindkraftverk snurrar eller solsken träffar solpaneler. Sökandet efter en hållbar lagringslösning står inför flera utmaningar, vilket är problemet som USC-forskarna försökte lösa.

De fokuserade på redoxflödesbatteriet eftersom det är beprövad teknik och hittills har använts i begränsade tillämpningar. Den använder vätskor för att lagra elektrokemisk energi, sortering av elektroner och rekombination genom reduktion och oxidation, och släpper ut dem för att göra el när det behövs.

Den viktigaste innovationen som uppnåtts av USC-forskarna involverar användning av olika vätskor:en järnsulfatlösning och en typ av syra. Järnsulfat är en avfallsprodukt från gruvindustrin; det är rikligt och billigt. Antrakinondisulfonsyra (AQDS) är ett organiskt material, används redan i vissa redoxflödesbatterier för dess stabilitet, löslighet och energilagringspotential.

Även om de två föreningarna är välkända individuellt, det är första gången de har kombinerats för att visa potential för storskalig energilagring. Tester vid USC-labbet visade att batteriet har stora fördelar jämfört med konkurrenterna.

Till exempel, Järnsulfat är billigt och rikligt – en krona köper cirka 2,2 pund – medan storskalig tillverkning av AQDS skulle kosta cirka 1,60 USD per pund. Till de priserna, materialkostnader för den typ av batteri som utvecklats av USC-forskarna skulle kosta $66 per kilowattimme; om den tillverkas i skala, elektricitet skulle kosta mindre än hälften av energin från redoxbatterier som använder vanadin, som är dyrare och giftigare.

Också, i tester vid USC, forskarna fann att järn-AQDS-batteriet kan cykla, eller ladda, hundratals gånger med praktiskt taget ingen strömförlust, till skillnad från konkurrerande teknologier. Hållbarhet för energilagringssystem är viktig för storskalig användning.

"De utvecklade materialen är mycket hållbara, " sa Surya Prakash, medförfattare till studien och chef för Lokerinstitutet, som samarbetar med Narayan för att utveckla nya ekologiska kinoner. "AQDS kan tillverkas från alla kolbaserade råvaror, inklusive koldioxid. Järn är en riklig jord, giftfritt element."

Tekniken har också fördelar jämfört med litiumjonbatterilagring. Spridningen av hemelektronik och elfordon, drivs av litiumjonbatterier, skapar brist på elementet, vilket driver upp kostnaderna. I tur och ordning, den ekonomin gör annat, billigare energilagringsalternativ mer tilltalande, säger studien. Också, litiumjonbatterier håller inte lika länge, på grund av laddning, som de flesta som har laddat mobiltelefoner och bärbara datorer vet.

"... Järn-AQDS-flödesbatterisystemet ger goda möjligheter att samtidigt uppfylla de krävande kostnadskraven, hållbarhet och skalbarhet för storskalig energilagring, ", säger studien.

Användningen av förnybar energi ökar, ändå är begränsad på grund av begränsningar i energilagring. Att lagra bara 20 % av dagens sol- och vindenergi kräver en reservkapacitet på 700 gigawattimmar. En gigawattimme räcker med el för cirka 700, 000 hem för en timme.

Narayan sa:"Hittills har det inte funnits någon ekonomiskt lönsam, miljövänlig lösning för energilagring som kan hålla i 25 år. Litiumjonbatterier har inte lång livslängd och vanadinbaserade batterier använder dyra, relativt giftiga material som begränsar storskalig användning. Vårt system är svaret på denna utmaning. Vi förutser att dessa batterier används i bostäder, kommersiella och industriella byggnader för att fånga förnybar energi."