ساخت باتری مایع!

رابرت وایموث، رابرت اکلس سواین، می‌گوید: «شبکه الکتریکی انرژی را با همان سرعتی که شما تولید می‌کنید مصرف می‌کند، و اگر در آن زمان از آن استفاده نمی‌کنید و نمی‌توانید آن را ذخیره کنید، باید آن را دور بریزید». استاد شیمی دانشکده علوم انسانی.

وایموث رهبری تیم استنفورد را بر عهده دارد تا یک فناوری نوظهور برای ذخیره انرژی تجدیدپذیر را کشف کند: حامل های هیدروژن آلی مایع (LOHCs). هیدروژن در حال حاضر به عنوان سوخت یا وسیله ای برای تولید الکتریسیته استفاده می شود، اما مهار و انتقال آن دشوار است.

وایموث نویسنده ارشد تحقیقی که جزئیات این کار را در مجله American Chemical Society ارائه می‌کند ، گفت: ما در حال توسعه یک استراتژی جدید برای تبدیل انتخابی و ذخیره طولانی مدت انرژی الکتریکی در سوخت‌های مایع هستیم. ما همچنین یک سیستم کاتالیزوری جدید و انتخابی برای ذخیره انرژی الکتریکی در سوخت مایع بدون تولید هیدروژن گازی کشف کردیم.

باتری‌هایی که برای ذخیره برق در شبکه استفاده می‌شوند – به علاوه باتری‌های گوشی هوشمند و وسایل نقلیه الکتریکی – از فناوری‌های لیتیوم یونی استفاده می‌کنند. با توجه به مقیاس ذخیره انرژی، محققان به جستجوی سیستم هایی ادامه می دهند که بتوانند آن فناوری ها را تکمیل کنند.

در میان نامزدها، LOHC ها هستند که می توانند هیدروژن را با استفاده از کاتالیزورها و دماهای بالا ذخیره و آزاد کنند. روزی، LOHC ها می توانند به طور گسترده ای به عنوان “باتری های مایع” عمل کنند، انرژی را ذخیره می کنند و در صورت نیاز به طور موثر آن را به عنوان سوخت قابل استفاده یا برق برمی گرداند.

تیم وایموث ایزوپروپانول و استون را به عنوان مواد تشکیل دهنده در سیستم های ذخیره و رهاسازی انرژی هیدروژن مطالعه می کند. ایزوپروپانول – یا الکل مالشی – یک شکل مایع با چگالی بالا از هیدروژن است که می‌تواند از طریق زیرساخت‌های موجود ذخیره یا حمل شود تا زمان استفاده از آن به عنوان سوخت در پیل سوختی یا آزاد کردن هیدروژن برای استفاده بدون انتشار دی اکسید کربن فرا برسد. .

با این حال روش‌های تولید ایزوپروپانول با الکتریسیته ناکارآمد هستند. دو پروتون از آب و دو الکترون می توانند به گاز هیدروژن تبدیل شوند، سپس یک کاتالیزور می تواند از این هیدروژن ایزوپروپانول تولید کند. وایموث گفت: “اما شما در این فرآیند گاز هیدروژن نمی خواهید.” چگالی انرژی آن در واحد حجم کم است. ما به راهی برای ساخت ایزوپروپانول به طور مستقیم از پروتون ها و الکترون ها بدون تولید گاز هیدروژن نیاز داریم.

دانیل مارون، نویسنده اصلی این مطالعه که اخیراً دکترای شیمی استنفورد خود را به پایان رسانده است، چگونگی پرداختن به این موضوع را مشخص کرده است. او یک سیستم کاتالیزوری برای ترکیب دو پروتون و دو الکترون با استون برای تولید ایزوپروپانول LOHC به صورت انتخابی و بدون تولید گاز هیدروژن ایجاد کرد. او این کار را با استفاده از ایریدیوم به عنوان کاتالیزور انجام داد.

یک شگفتی کلیدی این بود که کبالتوسن افزودنی جادویی بود. کبالتوسن، یک ترکیب شیمیایی کبالت، یک فلز غیر گرانبها، از دیرباز به عنوان یک عامل کاهش دهنده ساده استفاده می شود و نسبتاً ارزان است. محققان دریافتند که کبالتوسن زمانی که به عنوان یک کاتالیزور کمکی در این واکنش استفاده می‌شود، کارایی غیرمعمولی دارد و به‌جای آزادسازی گاز هیدروژن، همانطور که قبلاً انتظار می‌رفت، مستقیماً پروتون‌ها و الکترون‌ها را به کاتالیزور ایریدیوم می‌رساند.

کبالت در حال حاضر یک ماده متداول در باتری ها است و تقاضای زیادی دارد، بنابراین تیم استنفورد امیدوار است که درک جدید آنها از خواص کبالتوسن بتواند به دانشمندان در توسعه کاتالیزورهای دیگر برای این فرآیند کمک کند. به عنوان مثال، محققان در حال کاوش کاتالیزورهای فراوان‌تر و غیر گرانبهای فلزات زمینی مانند آهن هستند تا سیستم‌های LOHC آینده را مقرون به صرفه‌تر و مقیاس‌پذیرتر کنند.

وایموث گفت: “این یک علم بنیادی اساسی است، اما ما فکر می کنیم که استراتژی جدیدی برای ذخیره سازی انتخابی انرژی الکتریکی در سوخت های مایع داریم.”

با پیشرفت این کار، امید این است که سیستم‌های LOHC بتوانند ذخیره انرژی را برای صنعت و بخش‌های انرژی یا برای مزارع خورشیدی یا بادی منفرد بهبود بخشند.

و با وجود تمام کارهای پیچیده و چالش برانگیز در پشت صحنه، روند، همانطور که توسط Waymouth خلاصه شده است، در واقع بسیار ظریف است: “وقتی انرژی اضافی دارید، و هیچ تقاضایی برای آن در شبکه وجود ندارد، آن را به عنوان ایزوپروپانول ذخیره می کنید. به انرژی نیاز دارید، می توانید آن را به عنوان برق برگردانید.”