Yeni demir bazlı akışlı pil, kapasite kaybı olmadan 16 yıl dayanabilir

Yeni demir bazlı akışlı pil, kapasite kaybı olmadan 16 yıl dayanabilir

• Demir akışlı pil, ölçülebilir kapasite kaybı olmadan 6.000 döngü boyunca çalışıyor

• Yeni elektrolit kimyası, bozulmayı ve membran geçiş sorunlarını azaltıyor

• Demir malzemeler, büyük ölçekli yenilenebilir enerji depolama için düşük maliyetli bir alternatif sunuyor

Çinli araştırmacılar, yenilenebilir enerjinin depolanma maliyetini düşürürken kullanılabilir ömrü uzatabilecek demir bazlı akışlı piller konusunda yeni ilerlemeler kaydettiklerini söylüyor.

Çin Bilimler Akademisi'ne bağlı Metal Araştırma Enstitüsü'nden bir ekip, Advanced Energy Materials dergisinde yayınlanan sonuçlara göre, alkalin tamamen demir akışlı bir pilin ölçülebilir kapasite kaybı olmadan 6.000'den fazla döngü boyunca çalışmasına olanak tanıyan yeniden tasarlanmış bir elektrolit geliştirdi.

Demir akışlı piller yıllardır inceleniyor ancak uzun süreli kullanımı sınırlayan kararlılık sorunlarıyla mücadele ediyor. Pilin içindeki aktif malzemeler bozulmaya veya membranlardan sızmaya eğilimlidir, bu da verimliliği azaltır ve ömrü kısaltır.

Demir, lityumdan 80 kat daha ucuz.

Araştırmacılar, sistemin içinde kullanılan negatif elektrolitin moleküler yapısını yeniden tasarlayarak bu sınırlamaları ele aldılar.

Ekip, 12 organik liganttan oluşan 11 demir kompleksi sentezledikten sonra, en kararlı aday olarak [Fe(HPF)BHS]⁴⁻ olarak bilinen bir bileşiği belirledi.

Büyük yapısı, demir merkezinin etrafında fiziksel koruma sağlarken, negatif yüklü gruplar istenmeyen reaksiyonları önlemeye ve membran boyunca malzeme geçişini azaltmaya yardımcı olur.

Testler, pilin 80 mA·cm⁻²'de 6.000'den fazla döngü boyunca kapasite kaybı olmadan ve araştırma ekibi tarafından yayınlanan performans verilerine göre ortalama %99,4'lük bir Coulomb verimliliğiyle çalıştığını gösterdi.

Daha yüksek akım koşullarında, sistem %78,5'lik enerji verimliliğini korurken 392,1 mW·cm⁻²'lik bir tepe güç yoğunluğuna ulaştı ve daha ağır elektrik talebi altında istikrarlı performans sergiledi.

Araştırmacılar, döngü sayısını uzun süreli kullanımla ilişkilendirerek, performansın ölçülebilir bir bozulma olmadan 16 yıldan fazla günlük kullanıma eşdeğer olduğunu tahmin ettiler.

Demir, hammadde olarak lityumdan 80 kat daha ucuzdur; bu da, teknoloji başarılı bir şekilde ölçeklendirilirse, büyük ölçekli enerji depolamayı çok daha ucuz hale getirebilir.

Demir ayrıca, Dünya'daki en bol metaller arasında yer almasıyla yaygın olarak bulunur; bu da lityuma kıyasla arz kıtlığı endişelerini azaltır.

Tamamen demir bazlı akışlı bataryalar, lityum iyon sistemlerinde bulunan yanıcı sıvılar yerine su bazlı elektrolitler kullanır. Bu kimya, batarya yangınlarına veya patlamalarına yol açabilen zincirleme reaksiyon olan termal kaçış için gerekli koşulları ortadan kaldırır.

Güneş ve rüzgardan elektrik üretimi hava koşullarına bağlı olarak dalgalandığı için, büyük ölçekli enerji depolama, yenilenebilir enerji genişlemesiyle bağlantılı en büyük teknik zorluklardan biri olmaya devam etmektedir.

Araştırma, demir bazlı elektrolitlerde kararlılığı artırıyor, ancak kontrollü ortamlar dışında uzun vadeli testler, kimyanın gerçek şebeke kurulumlarında ne kadar iyi performans göstereceğini belirleyecektir.

Kaynak: TRP