Нанотехнологии превращают кирпичи в Energy storage
Исследования могут проложить путь к дешевым системам хранения энергии
Обычный Кирпич скромного дома был превращен в систему energy storage способную накапливать электричество, что повысило вероятность того, что однажды здания могут стать буквально системами накопления энергии.
Новая технология использует пористую природу обожженных красных кирпичей, заполняя поры крошечными нановолокнами из проводящего пластика, которые могут накапливать заряд. Первые кирпичи накапливают достаточно электричества для питания небольших лампочек. Но если их емкость может быть увеличена, они могут стать недорогой альтернативой литий-ионным батареям, используемым в настоящее время. Буквально говоря, кирпичи работают как системы хранения энергии по технологии суперконденсаторов.
Суперконденсаторы хранят электричество в виде статического заряда в твердых телах, а не за счет химических реакций, как в батареях. Преимущество суперконденсатороных систем хранения энергии в том, что они заряжаются и разряжаются намного быстрее, чем батареи, но на сегодняшний день они могут удерживать лишь небольшую часть энергии.
Исследователи во всем мире работают над увеличением плотности энергии суперконденсаторов, а также скорости заряда батарей в BESS. Поиск более эффективных способов хранения электроэнергии является важной частью борьбы с климатическим кризисом, так как это позволит накапливать избыточную, но периодически возобновляемую энергию до тех пор, пока она не понадобится.
«Солнечная батарея на крыше вашего дома должна где-то накапливать электричество, и обычно мы используем системы bess », — сказал Хулио Д’Арси из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, США, который был членом исследовательской группы. «Мы сделали то, что предложили новую« пищу для размышлений », но мы еще не достигли ее».
Плотность энергии первых экземпляров систем хранения энергии на основе кирпича, о которой сообщается в журнале Nature Communications, составляет всего 1% от плотности энергии литий-ионных батарей систем BESS. Д’Арси полагает, что эту энергию можно увеличить в десять раз, добавив такие материалы, как оксиды металлов, чтобы сохранить больше заряда в кирпиче, что также сделало бы эти технологии систем хранения энергии более коммерчески привлекательными.
Но есть надежда, что в конечном итоге плотность энергии будет соответствовать возможностям систем BESS c литий-ионными батареями. «Если это так, то эта технология намного дешевле, чем литий-ионные АКБ», — сказал Д’Арси. «Это был бы другой мир, и вы больше не услышите слова« литий-ионный аккумулятор ».
Дэн Бретт, профессор электрохимической инженерии в Университетском колледже Лондона, Великобритания, сказал: «Тепло было основной областью интереса при рассмотрении вопроса о системах хранении энергии в тканях зданий. Это исследование показывает, что есть потенциал для этой технологии систем хранения энергии. По характеристикам далеко не хватает суперконденсаторов, изготовленных на заказ, но принцип доказан и есть большие возможности для улучшения ».
Исследователи создали небольшие прототипы энергетических кирпичей, используя химические пары для реакции с красными оксидами железа в кирпичах, а затем для образования сети из пластиковых нановолокон. Использовался специальный пластик под названием Pedot, так как он очень хорошо проводит электричество. В результате красные кирпичи стали темно-синими.
Еще одно преимущество energy storage на основе суперконденсаторов заключается в том, что их можно заряжать и перезаряжать гораздо чаще, чем аккумуляторы, прежде чем они потеряют способность накапливать электричество. Блоки питания можно включить 10 000 раз, прежде чем их мощность значительно упадет.
Заряд, накопленный в первых кирпичах, слишком мал, чтобы вызвать сотрясение при прикосновении. Но стена из соединенных кирпичей потребует изоляционного покрытия, и ученые продемонстрировали это с помощью эпоксидной смолы, которая даже позволяла кирпичам работать под водой.
По словам Д’Арси, реакции, использованные для создания систем накопления энергии на основе энергетических кирпичей, могут иметь небольшое ослабление их структурных свойств, но в любом случае сегодня кирпичи чаще всего используются в домах в качестве декоративных фасадов.
Ричард МакМахон, профессор силовой электроники в Уорикском университете, Великобритания, сказал, что исследование было интригующим. «Накопление энергии представляет большой интерес в наше время, особенно в электрической форме. [Но] хотя эта работа является интересной демонстрацией возможности, она далека от практического применения».
Стоимость литий-ионных систем BESS с 2010 года упала на 90%, и гидроаккумулирующие электростанции эффективны там, где есть горы. Но системы накопления энергии для хранения большого количества электроэнергии остается проблемой, требующей поиска альтернатив.