Вчені представили технологію рідкого палива для зберігання енергії в мережі

Вчені Стенфордського університету вдосконалюють методи зберігання рідкого палива, розробляючи нові каталітичні системи для виробництва ізопропанолу, щоб оптимізувати утримання та вивільнення енергії.

Оскільки Каліфорнія швидко переходить на відновлювані види палива, їй потрібні нові технології, які можуть накопичувати електроенергію для електричної мережі. Сонячна енергія падає вночі та падає взимку. Енергія вітру припливів і відпливів. Як наслідок, держава значною мірою залежить від природного газу, щоб згладити злети та падіння відновлюваної енергії.

«Електромережа споживає енергію з тією ж швидкістю, що й ви її генеруєте, і якщо ви не використовуєте її в цей час і не можете її зберігати, ви повинні її викинути», — сказав Роберт Веймут, Роберт Еклс Суейн Професор хімії в Школі гуманітарних наук і наук.

Waymouth очолює команду Стенфордського університету для вивчення нової технології зберігання відновлюваної енергії: рідких органічних носіїв водню (LOHC). Водень уже використовується як паливо або засіб для виробництва електроенергії, але утримувати та транспортувати його складно.

«Ми розробляємо нову стратегію для вибіркового перетворення та тривалого зберігання електричної енергії в рідкому паливі», — сказав Веймут, старший автор дослідження, яке детально описує цю роботу в Журналі Американського хімічного товариства . «Ми також виявили нову селективну каталітичну систему для зберігання електричної енергії в рідкому паливі без утворення газоподібного водню».

Рідкі батареї

Акумулятори, які використовуються для накопичення електроенергії в мережі, а також акумулятори смартфонів і електромобілів, використовують літій-іонні технології. Через масштаб накопичення енергії дослідники продовжують пошук систем, які можуть доповнити ці технології.

Серед кандидатів є LOHC, які можуть зберігати та вивільняти водень за допомогою каталізаторів і підвищених температур. Колись LOHC можуть широко функціонувати як «рідкі батареї», накопичуючи енергію та ефективно повертаючи її як придатне для використання паливо або електроенергію, коли це необхідно.

Команда Waymouth вивчає ізопропанол і ацетон як інгредієнти в системах накопичення та виділення енергії водню. Ізопропанол – або медичний спирт – це рідка форма водню високої щільності, яку можна зберігати або транспортувати через існуючу інфраструктуру, поки не настане час використовувати його як паливо в паливних елементах або вивільнити водень для використання без викидів вуглекислого газу.

Проте методи отримання ізопропанолу за допомогою електрики неефективні. Два протони з води і два електрони можуть бути перетворені в газоподібний водень, тоді каталізатор може виробляти ізопропанол з цього водню. «Але вам не потрібен водень у цьому процесі», — сказав Веймут. «Його щільність енергії на одиницю об’єму низька. Нам потрібен спосіб виробляти ізопропанол безпосередньо з протонів і електронів без утворення газоподібного водню».

Деніел Маррон, провідний автор цього дослідження, який нещодавно здобув ступінь доктора філософії з хімії в Стенфордському університеті, визначив, як розв’язати цю проблему. Він розробив каталітичну систему для поєднання двох протонів і двох електронів з ацетоном для вибіркового генерування ізопропанолу LOHC без утворення газоподібного водню. Він зробив це, використовуючи іридій як каталізатор.

Ключовим сюрпризом було те, що кобальтоцен був чарівною добавкою. Кобальтоцен, хімічна сполука кобальту, недорогоцінного металу, давно використовується як простий відновник і є відносно недорогим. Дослідники виявили, що кобальтоцен є надзвичайно ефективним при використанні як сукаталізатора в цій реакції, безпосередньо доставляючи протони та електрони до іридієвого каталізатора, а не вивільняючи газоподібний водень, як очікувалося раніше.

Фундаментальне майбутнє

Кобальт уже є звичайним матеріалом для батарей і має великий попит, тому команда Стенфордського університету сподівається, що їхнє нове розуміння властивостей кобальтоцену допоможе вченим розробити інші каталізатори для цього процесу. Наприклад, дослідники досліджують більш поширені каталізатори з недорогоцінних металів, таких як залізо, щоб зробити майбутні системи LOHC більш доступними та масштабованими.

«Це базова фундаментальна наука, але ми вважаємо, що у нас є нова стратегія для більш вибіркового зберігання електроенергії в рідкому паливі», — сказав Веймут.

Оскільки ця робота розвивається, є надія, що системи LOHC можуть покращити зберігання енергії для промисловості та енергетичних секторів або для окремих сонячних чи вітрових електростанцій.

І незважаючи на всю складну та складну роботу за лаштунками, процес, як підсумував Waymouth, насправді є досить елегантним: «Коли у вас є надлишок енергії, а в мережі немає попиту на неї, ви зберігаєте її як ізопропанол. Коли вам потрібна енергія, ви можете повернути її як електрику».