Forskare i WMG vid University of Warwick, i samarbete med Imperial College London, har hittat ett sätt att förbättra hybridflödesbatterier och deras kommersiella användning. Det nya tillvägagångssättet kan lagra elektricitet i dessa batterier under mycket långa varaktigheter för ungefär en femtedel av priset för nuvarande teknik, med minimala platsbegränsningar och noll utsläpp.

Forskarna förbättrade tre hybridflödesceller med hjälp av kvävedopad grafen (exponerad för kväveplasma) i en bindemedelsfri elektroforesteknik (EPD).

Vind- och solkraft är allt populärare källor för förnybar energi. Tyvärr, intermittensproblem hindrar dem från att ansluta brett till det nationella nätet. En potentiell lösning på detta problem involverar utbyggnaden av batteriteknologi med lång varaktighet, såsom redoxflödesbatteriet. Trots det stora löftet är de nuvarande kostnaderna för detta system en avgörande faktor för användning i verkligheten. Ett prisvärt nätbatteri borde kosta £75/kWh, enligt US Department of Energy. Litiumjonbatterier, som leder avgiften för nätlagring, kostar cirka 130 £/kWh.

Nu har WMG-forskare hittat ett sätt att förbättra hybridflödesbatterier eller regenerativ bränslecellsteknik (RFC) som kan lagra elektricitet under mycket långa varaktigheter för ungefär en femtedel av kostnaden för nuvarande lagringsteknik, med flexibilitet vid placering och med minimal miljöpåverkan. Tekniken kombinerar kolbaserade elektroder med ekonomiskt framställda elektrolyter, (mangan eller svavel, som är rikligt med kemikalier på planeten) med hjälp av en enkel och ändå mycket effektiv elektroforetisk avsättning av nano-koltillsatser (kvävedopad grafen) som förbättrar elektrodernas hållbarhet och prestanda avsevärt i mycket sura eller alkaliska miljöer.

Forskarna har publicerat sina resultat i en artikel med titeln "Hybrid Redox Flow Cells with Enhanced Electrochemical Performance via Binderless and Electrophoretically Deposited Nitrogen-Doped Graphene on Carbon Paper Electrodes" i december 2020-upplagan av tidskriften ACS tillämpade material och gränssnitt .

Dr Barun Chakrabarti, en forskare i WMG vid University of Warwick och en av huvudförfattarna på tidningen sa:

"Denna EPD-teknik är inte bara enkel utan förbättrar också effektiviteten hos tre olika ekonomiska hybridflödesbatterier och ökar därmed deras potential för omfattande kommersiell användning för energilagring i nätskala."

Hybridflödesbatteriets totala kemikaliekostnad är cirka 1/30 av kostnaden för konkurrerande batterier, såsom litiumjonsystem. Uppskalad teknik kan användas för att lagra el från vind- eller solenergi, för flera dagar till hela säsonger, för cirka £15 till £20 per kilowattimme. Dessa batterier är också extremt användbara för belastningsutjämningsapplikationer i nätskala, eftersom deras design är mycket flexibel på grund av deras unika egenskap att dimensionera deras kraft oberoende av deras energi.

Energitätheten för ett hybridflödesbatteri, speciellt polysulfid/luft-systemet (S-Air), är 500 gånger högre än pumpat vattenkraftslager. Den är också så mycket mer kompakt och kan placeras nära vilken förnybar generation som helst.