Нанотехнології перетворюють цеглини в систему накопичення енергії (СНЕ)
Дослідження можуть прокласти шлях до дешевих систем зберігання енергії
Звичайна Цегла скромного будинку була перетворена у систему накопичення енергії здатну накопичувати електрику, що підвищило ймовірність того, що одного разу будівлі можуть стати буквально системами накопичення енергії.
Нова технологія використовує пористу природу обпалених червоної цегли, заповнюючи пори крихітними нановолокнами з провідного пластику, які можуть накопичувати заряд. Перші цеглини накопичують достатньо електрики для живлення невеликих лампочок. Але якщо їх ємність може бути збільшена, вони можуть стати недорогою альтернативою літій-іонним батареям, використовуваним в даний час. Буквально кажучи, цеглу працюють як системи зберігання енергії за технологією суперконденсаторів.
Суперконденсатори зберігають електрику у вигляді статичного заряду в твердих тілах, а не за рахунок хімічних реакцій, як в батареях. Перевага суперконденсатороних систем зберігання енергії в тому, що вони заряджаються і розряджаються набагато швидше, ніж батареї, але на сьогоднішній день вони можуть утримувати лише невелику частину енергії.
Дослідники у всьому світі працюють над збільшенням щільності енергії суперконденсаторів, а також швидкості заряду батарей в BESS. Пошук більш ефективних способів зберігання електроенергії є важливою частиною боротьби з кліматичною кризою, так як це дозволить накопичувати надлишкову, але періодично поновлювану енергію до тих пір, поки вона не знадобиться.
«Сонячна батарея на даху вашого будинку повинна десь накопичувати електрику, і зазвичай ми використовуємо системи bess», – сказав Хуліо Д’Арсі з Вашингтонського університету в Сент-Луїсі, США, який був членом дослідницької групи. «Ми зробили те, що запропонували нову« їжу для роздумів », але ми ще не досягли її».
Щільність енергії перших примірників систем зберігання енергії на основі цегли, про яку повідомляється в журналі Nature Communications, становить всього 1% від щільності енергії літій-іонних батарей систем BESS. Д’Арсі вважає, що цю енергію можна збільшити в десять разів, додавши такі матеріали, як оксиди металів, щоб зберегти більше заряду в цеглі, що також зробило б ці технології систем зберігання енергії більш комерційно привабливими.
Але є надія, що в кінцевому підсумку щільність енергії буде відповідати можливостям систем BESS з літій-іонними батареями. «Якщо це так, то ця технологія набагато дешевше, ніж літій-іонні АКБ», – сказав Д’Арсі. «Це був би інший світ, і ви більше не почуєте слова« літій-іонний акумулятор ».
Ден Бретт, професор електрохімічної інженерії в Університетському коледжі Лондона, Великобританія, сказав: «Тепло було основною сферою інтересу при розгляді питання о системах зберігання енергії в тканинах будівель. Це дослідження показує, що є потенціал для цієї технології систем зберігання енергії. За характеристиками далеко не вистачає суперконденсаторів, виготовлених на замовлення, але принцип доведений і є великі можливості для покращення ».
Дослідники створили невеликі прототипи енергетичних цегл, використовуючи хімічні пари для реакції з червоними оксидами заліза в цеглі, а потім для утворення мережі з пластикових нановолокон. Використовувався спеціальний пластик під назвою Pedot, так як він дуже добре проводить електрику. В результаті червоні цеглини стали темно-синіми.
Ще одна перевага системи накопичення енергії на основі суперконденсаторів полягає в тому, що їх можна заряджати та перезаряджати набагато частіше, ніж акумулятори, перш ніж вони втратять здатність накопичувати електрику. Блоки живлення можна включити 10 000 разів, перш ніж їх потужність значно впаде.
Заряд, накопичений в перших цеглинах, занадто малий, щоб викликати струс при дотику. Але стіна з з’єднаних цегл потребує ізоляційного покриття, і вчені продемонстрували це за допомогою епоксидної смоли, яка навіть дозволяла цеглин працювати під водою.
За словами Д’Арсі, реакції, використані для створення систем накопичення енергії на основі енергетичних цегл, можуть мати невелике ослаблення їх структурних властивостей, але в будь-якому випадку сьогодні цеглини найчастіше використовуються в будинках в якості декоративних фасадів.
Річард МакМахон, професор силової електроніки в Уорікського університеті, Великобританія, сказав, що дослідження було інтригуючим. «Накопичення енергії становить великий інтерес в наш час, особливо в електричній формі. [Але] хоча ця робота є цікавою демонстрацією можливості, вона далека від практичного застосування ».
Вартість літій-іонних систем BESS з 2010 року впала на 90%, і гідроакумулюючі електростанції ефективні там, де є гори. Але системи накопичення енергії для зберігання великої кількості електроенергії залишається проблемою, яка потребує пошуку альтернатив.