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Nanopartikel-Netzwerke versprechen billigere Batterien zur Speicherung erneuerbarer Energie
Flüssigkeiten, die ein fließendes Netzwerk aus nanoskaligen Partikeln enthalten, könnten die Herstellung von Batterien billiger machen und dadurch die Kosten für die Nutzung großer Mengen von Sonnen- und Windenergie senken.
Herkömmliche Batterien sind viel zu teuer, um Strom aus großen Solarkraftwerken oder Windparks stundenlang zu speichern, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht. Aber die vernetzten Nanopartikel könnten einen billigeren neuen Batterietyp ermöglichen, der als Flow-Batterie bezeichnet wird.
Heutzutage ist die Gesamtmenge an Wind- und Sonnenenergie gering und bestehende fossile Kraftwerke können eventuelle Engpässe ausgleichen. Aber erneuerbare Energien wachsen schnell, insbesondere an Orten wie Kalifornien, und die vorhandene Infrastruktur reicht möglicherweise nicht aus, um sie zu unterstützen und das Licht am Laufen zu halten. Batterien sind sauberer als Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen und können auch viel schneller auf Veränderungen von Sonne und Wind reagieren als Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen.
Bei herkömmlichen Batterien sind die Materialien zur Energiespeicherung und die Geräte zum Ein- und Auskoppeln von Strom in einem Behälter verpackt. In Flussbatterien sind die Materialien, die Energie speichern, Flüssigkeiten, die in großen Tanks aufbewahrt und in ein relativ kleines Gerät gepumpt werden können, das entweder den Strom entnimmt oder die Flüssigkeit wieder auflädt.
Die Energiespeicherkapazität einer Durchflussbatterie zu erhöhen ist billig und einfach – bauen Sie einfach größere Tanks. Allerdings sind die in Durchflussbatterien verwendeten Materialien jetzt relativ teuer, und Forscher suchen nach billigeren Alternativen (siehe Neues Batteriematerial könnte Wind und Sonne helfen, groß zu werden und Startup EnerVault überdenkt die Chemie von Durchflussbatterien).
Bei einigen Alternativen ist es schwierig, Ladung in die Materialien hinein und aus ihnen herauszuleiten; Strom wird nur aus dem Teil der Materialien gewonnen, der in direkten Kontakt mit einer flachen Metallplatte kommt. Das Nanopartikelnetzwerk schafft Pfade für den Stromfluss durch die Flüssigkeit. Damit lässt sich beispielsweise aus einer experimentellen Durchflussbatterie aus Lithium und Schwefel fünf- bis sechsmal mehr Energie herausholen. Das Nanopartikel-Netzwerk wurde im Labor von . entwickelt Yet-Ming Chiang , Professor für Materialwissenschaften am MIT.
Nanopartikel werden seit langem in herkömmlichen Batterien mit festen Elektroden verwendet, aber was die Neuentwicklung auszeichnet, ist die Form eines Nanopartikel-Netzwerks in einer Flüssigkeit und die Aufrechterhaltung der elektrischen Verbindungen, auch wenn diese Flüssigkeit fließt.
Das US-Energieministerium schätzt, dass Batterien weniger als 100 US-Dollar pro Kilowattstunde kosten und ein Jahrzehnt oder länger halten müssen, damit sie wirtschaftlich sind. Solche Batterien kosten heute Hunderte von Dollar pro Kilowattstunde. Chiang sagt, dass es mit den Nanopartikelnetzwerken möglich sein könnte, Batterien zu bauen, die weniger als 100 US-Dollar pro Kilowattstunde kosten, aber die Forscher haben noch nicht gezeigt, dass sie genug Zeit haben, um ein Jahrzehnt lang aufzuladen.