Las fuentes de energía renovables como la eólica y la solar son fundamentales para el sostenimiento de nuestro planeta, pero conllevan un gran desafío: no siempre producen energía cuando se necesita. Para aprovecharlos al máximo, necesitamos formas eficientes y rentables de almacenar la energía que generan, de modo que tengamos energía incluso cuando no sople el viento o el sol no brille.
Los científicos de materiales de ingeniería de Columbia se centran en desarrollar nuevos tipos de baterías para transformar la forma en que almacenamos la energía renovable. En un nuevo estudio publicado el 5 de septiembre, el Dr. comunicación de la naturaleza, El equipo utiliza baterías K-Na/S que combinan componentes baratos y fácilmente disponibles (potasio (K) y sodio (Na) con azufre (S) para crear una solución de bajo costo y alta energía para largos períodos de tiempo. tiempo. Por – período de ahorro de energía.
“Es importante que podamos extender el tiempo de funcionamiento de estas baterías y que podamos fabricarlas de manera fácil y económica”, dijo el líder del equipo Yuan Yang, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en el Departamento de Física y Matemáticas Aplicadas de Columbia Engineering. . “Hacer que la energía renovable sea más confiable ayudará a estabilizar nuestras redes energéticas, reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y respaldar un futuro energético más sostenible para todos nosotros”.
El nuevo electrolito ayuda a las baterías K-Na/S a almacenar y liberar energía de manera más eficiente
Las baterías K-Na/S enfrentan dos desafíos principales: su capacidad es baja porque la formación de K2S2 y K2S sólidos inertes dificulta el proceso de difusión y su funcionamiento requiere temperaturas muy altas (>250 oC) que requieren una gestión térmica compleja, lo que aumenta el costo del proceso. Estudios anteriores han luchado contra la fuerte degradación y la baja capacidad, y se busca una nueva técnica para mejorar este tipo de baterías.
El grupo de Yang desarrolló un nuevo electrolito, un disolvente de acetamida y ε-caprolactama, para ayudar a las baterías a almacenar y liberar energía. Este electrolito puede disolver K2S2 y K2S, aumentando la densidad de energía y la densidad de potencia de las baterías K/S de temperatura intermedia. Además, permite que la batería funcione a temperaturas mucho más bajas (alrededor de 75 °C) que los diseños anteriores, al mismo tiempo que logra casi la mayor capacidad de almacenamiento de energía posible.
“Nuestro método logra una capacidad de descarga casi teórica y un ciclo de vida extendido. Esto es muy interesante para las baterías K/S de temperatura intermedia”, dijo el coautor principal del estudio, Zhenhao Yang, estudiante de doctorado en Yang.
El camino hacia un futuro energético sostenible
El grupo de Yang está afiliado al Centro de Energía Electroquímica de Columbia (CEEC), que adopta un enfoque multidimensional para descubrir tecnologías innovadoras y acelerar la comercialización. CEEC reúne a profesores e investigadores de toda la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas que estudian la energía electroquímica con intereses que van desde electrones hasta dispositivos y sistemas. Sus asociaciones industriales permiten la realización de avances en el almacenamiento y la conversión de energía electroquímica.
Plan para ampliar
Aunque el equipo se centra actualmente en baterías pequeñas, del tamaño de una moneda, su objetivo es eventualmente ampliar esta tecnología para almacenar grandes cantidades de energía. Si tienen éxito, estas nuevas baterías podrían proporcionar un suministro estable y confiable de electricidad a partir de fuentes renovables incluso durante períodos de poco sol o viento. El equipo ahora está trabajando para optimizar la composición de electrolitos.