Ученые из Гарварда создали аккумулятор на органических молекулах

Ученые и инженеры из Гарварда представили на обозрение новую электрическую батарею, которая может изменить представление о хранении электроэнергии. Такие батареи помогут сделать использование энергии ветра и солнца более надежным и безопасным.
Представленные аккумуляторные батареи работают на органических молекулах, таких же, которые хранят энергию в клетках животных и растениях.

 

Самой большой проблемой использования энергии ветра и солнца является непостоянство этих ресурсов, солнце заходит ночью, а ветер иногда прекращает дуть. Промышленная аккумуляторная батарея могла бы решить проблему. Она бы накапливала электроэнергию, когда светит солнце или дует ветер, а затем отдавать её в сеть.


Новый аккумулятор был испытан в лаборатории Майкла Дж. Азиза, учеными из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук (SEAS). Синтезом молекул занимался профессор химии Рой Г. Гордон и профессор материаловедения Томас Дадли Кабот. Профессор химии и химической биологии Алан Аспуру-Гузик, с помощью методов молекулярного скрининга рассчитал свойства более 10000 молекул хинона в поисках лучших кандидатов для батареи.

Новый аккумулятор на органических молекулах

Энергия сохраняется в химических жидкостях во внешних резервуарах, а не внутри батареи. Резервуары не ограничены в размерах, чем больше они будут, тем больше энергии сможет запасать аккумулятор.

Для хранения 50 часов энергии, ветрогенератора мощностью 1 МВт(50 мегаватт-часов), например, возможно использовать традиционные батареи с емкостью 50 мегаватт-часов, но они будут иметь мощность 50 МВт.  Платить за батарею, мощностью 50 МВт, когда вы собираетесь использовать 1 МВт, не имеет экономического смысла.

По этой причине, все большее число инженеров сосредоточили свое внимание на технологии батарей потока. Активные компоненты электролитов в большинстве батарей потока -  металлы. Ванадий используется в наиболее передовых батареях потока, но его стоимость устанавливает достаточно высокий уровень  цены запасенного киловатт-часа электроэнергии при любом масштабе батареи. Другие батареи потока содержат драгоценные металлы, такие как платина.

Новые батареи потока, разработанные командой Гарвардского значительно дешевле батарей с драгоценными металлами и ванадием.


Рой Гордон"Весь мир для хранения электроэнергии использует ионы металлов, но есть ограниченное количество ионов,  которые вы можете поместить в раствор и использовать для хранения энергии, и ни один из них не может экономически хранить огромное количество возобновляемых источников энергии", говорит Гордон. Использование же органических молекул открывает новые возможности.

 

Хиноны в изобилии находятся в сырой нефти, а также в зеленых растениях. Хиноны растворяются в воде, что предотвращает их от возгорания.
По словам изобретателей, для хранения дневной порции света от солнечных панелей или небольшого ветряка, потребителям понадобится батарея, размером с масляный бак отопления дома.

Ученые из ГарвардаПо часовой стрелке, слева: д-р Чанвон Су, профессор Рой Г. Гордон, доктор Брайан Хускинсон, доктор Сулейман Er, д-р Майкл Маршак, профессор Алан Аспуру-Гузик, проф. Майкл Дж. Азиз, Майкл  Герхардт и Лорен Хартл.

Лидер команды Азиз сказал, что дальнейшими шагами в реализации проекта будут тестирование и оптимизация системы, с целью сделать возможным промышленное использование органических батарей. Исследованиями выяснено, что подобные аккумуляторы могут отработать 100 циклов без потери емкости, но для промышленного использования потребуется тысячи циклов.

"Проблема хранения электроэнергии является крупнейшим препятствием для получения большей части нашей энергии от солнца и ветра", сказал Азиз. "Безопасные и экономичные батареи потока могут сыграть огромную роль в нашем переходе от ископаемых видов топлива на возобновляемые источники электроэнергии. Я взволнован, что у нас появились хорошие шансы ".