Sadaka ya picha: GabrielleMerk. Wikimedia.org (picha # 46)

Batri mpya ya maji inaweza kutoa njia nafuu ya kuhifadhi upepo au nishati ya jua kwa baadaye, watafiti wanasema.

Betri huhifadhi nishati inayotokana wakati jua inaangaza na upepo unapiga ili iweze kulishwa tena kwenye gridi ya umeme na kugawanywa tena wakati mahitaji yanapo juu.

Mfano wa betri ya hidrojeni ya manganese, iliyoripotiwa Nature Nishati, inasimama inchi tatu tu na inazalisha masaa ya umeme ya 20 milliwatt, ambayo ni sawa na viwango vya nishati vya LED flashlights ambayo hutegemea pete muhimu.

Licha ya pato la kupungua kwa mfano, watafiti wanaamini kwamba wanaweza kuongeza teknolojia hii ya juu ya meza kwenye mfumo wa viwango vya viwanda ambavyo vinaweza kulipa na kurejesha upya hadi wakati wa 10,000, na kujenga betri ya gridi ya kiwango kikubwa vizuri zaidi ya miaka kumi.

Yi Cui, profesa wa sayansi ya vifaa katika Chuo Kikuu cha Stanford na mwandishi mwandamizi wa karatasi, anasema teknolojia ya betri ya manganese-hidrojeni inaweza kuwa moja ya vipande vilivyopoteza katika nishati ya taifa ya nishati-njia ya kuhifadhi upepo usiowezekana au nishati ya jua ili kupunguza haja ya kuchoma mafuta ya kuaminika lakini yanayotokana na kaboni wakati vyanzo vinavyoweza kurejeshwa hazipatikani.

"Tumefanya nini ni kutupwa chumvi maalum katika maji, imeshuka katika electrode, na kutengeneza mmenyuko ya kemikali ambayo huhifadhi maghala kwa njia ya gesi ya hidrojeni," Cui anasema.

Kemia safi

Wei Chen, mwanachuoni wa zamani wa maabara ya Cui, aliongoza timu hiyo iliyoota ndoto na kujenga mfano huo. Kwa kweli, watafiti walishirikiana na upatanisho wa elektroni kati ya maji na sulfate ya manganese, chumvi cha bei nafuu, kikubwa cha viwanda kilichotengeneza betri za seli za kavu, mbolea, karatasi na bidhaa nyingine.

Ili kufuatilia jinsi upepo au chanzo cha jua kinachoweza kulisha nguvu ndani ya betri, watafiti wameweka chanzo cha nguvu kwa mfano huo. Magoni yanayotembea katika majibu yaliyotokana na sulfate ya manganese yaliyotokana na maji ili kuondoka chembe za dioksidi ya manganese iliyoshikilia electrodes. Electroni za ziada zinazidi gesi ya hidrojeni, kuhifadhi hifadhi hiyo kwa matumizi ya baadaye.

Wahandisi wanajua jinsi ya kuunda upya umeme kutokana na nishati iliyohifadhiwa katika gesi ya hidrojeni hivyo hatua muhimu ya pili ilikuwa kuthibitisha kwamba wanaweza kurejesha betri ya maji.

Watafiti walifanya hivyo kwa kuunganisha tena chanzo cha nguvu zao kwa mfano uliopungua, wakati huu na lengo la kushawishi chembe za dioksidi za manganese ambazo zimeunganishwa na electrode kuchanganya na maji, na kujaza chumvi ya manganese sulfate. Mara baada ya mchakato huu kurejesha chumvi, elektroni zinazoingia zilipatikana zaidi, na nguvu nyingi zinaweza kuwaka kama gesi ya hidrojeni, kwa njia ambayo inaweza kurudia tena na tena.

Cui inakadiria kuwa, kutokana na maisha ya betri ya maji yaliyotarajiwa maji, ingeweza kulipa pesa ili kuhifadhi umeme wa kutosha ili kuimarisha lulu ya 100-watt kwa saa kumi na mbili.

"Tunaamini teknolojia hii ya mfano itakuwa na uwezo wa kufikia malengo ya Wizara ya Nishati kwa vitendo vya kuhifadhi umeme," anasema Cui.

Idara ya Nishati (DOE) imeelezea betri kwa kuhifadhi gridi ya kuhifadhi kiwango lazima kuhifadhi na kisha kutoza kilowatts ya 20 ya nguvu kwa muda wa saa, uwe na uwezo wa angalau recharges ya 5,000, na uwe na maisha muhimu ya miaka 10 au zaidi. Ili kuifanya iwezekanavyo, mfumo wa betri kama hiyo unapaswa gharama $ 2,000 au chini, au $ 100 kwa kilowatt saa.

Katibu wa zamani wa DOE na mrithi wa Nobel Steven Chu, ambaye sasa ni profesa huko Stanford, ana hamu kubwa ya kuhamasisha teknolojia ili kusaidia mabadiliko ya taifa kwa nishati mbadala.

"Wakati vifaa na muundo unaofaa bado unahitaji maendeleo, mfano huu unaonyesha aina ya sayansi na uhandisi zinazoonyesha njia mpya za kufikia betri za gharama nafuu, za kudumu, za matumizi," anasema Chu, ambaye hakuwa mwanachama wa timu ya utafiti.

Nguvu ya gridi ya taifa

Kulingana na makadirio ya DOE, juu ya asilimia 70 ya umeme wa Marekani huzalishwa na mimea ya makaa ya mawe au ya gesi, ambayo ni akaunti ya asilimia 40 ya uzalishaji wa dioksidi kaboni. Kuhama kwa upepo na kizazi cha jua ni njia moja ya kupunguza uzalishaji huo. Lakini hiyo inajenga changamoto mpya zinazohusu kutofautiana kwa umeme. Kwa wazi kabisa, jua huangaza tu kwa mchana na, wakati mwingine, upepo hauna pigo.

Lakini aina nyingine ya chini ya kueleweka lakini muhimu ya kutofautiana inatoka kwa upandaji wa mahitaji kwenye gridi ya taifa-hiyo mtandao wa waya wa juu-mvutano ambao hugawa umeme juu ya mikoa na hatimaye kwa nyumba. Katika siku ya moto, wakati watu wanapofika nyumbani wakiwa na kazi na kuzima hali ya hewa, huduma za lazima ziwe na mikakati ya kusawazisha mzigo ili kukidhi mahitaji ya kilele: njia fulani ya kukuza nguvu za kizazi ndani ya dakika ili kuepuka upepo wa nguvu au vidole ambavyo vinaweza kuondokana na gridi ya taifa .

Leo, huduma za mara nyingi hutimiza hivi kwa kupiga mahitaji ya "mahitaji" au nguvu "zinazoweza kutumiwa" ambazo zinaweza kulala sana wakati wa siku lakini zinaweza kuja mtandaoni bila ya nishati ya haraka zinazozalisha lakini kuongeza kasi ya uzalishaji wa kaboni. Baadhi ya huduma zimesababisha usawa wa mzigo wa muda mfupi ambao hauna kutegemea mimea inayoungua moto.

Mkakati huo wa kawaida na wa gharama nafuu ni pumped kuhifadhiwa kwa umeme: kutumia nguvu zaidi ya kutuma maji kupanda, basi kuruhusu kurudi chini ili kuzalisha nishati wakati mahitaji ya kilele. Hata hivyo, hifadhi ya umeme hutumika tu katika mikoa yenye maji na nafasi ya kutosha. Hivyo ili upepo na jua kuwa muhimu sana, DOE imehamasisha betri za uwezo wa juu kama mbadala.

Kupiga ushindani

Cui anasema kuna aina kadhaa za teknolojia za rechargeable za betri kwenye soko, lakini haijulikani ambayo mbinu zitakutana na mahitaji ya DOE na kuthibitisha ufanisi wao kwa huduma, wasimamizi, na wadau wengine ambao wanaendelea gridi ya taifa ya umeme.

Kwa mfano, Cui anasema betri za rechargeable za lithiamu ion, ambazo huhifadhi kiasi kidogo cha nishati zinazohitajika kuendesha simu na laptops, zinategemea vifaa vya kawaida na hivyo pia ni bei ya kuhifadhi nguvu kwa jirani au jiji. Cui anasema hifadhi ya kiwango cha gridi inahitaji gharama ya chini, uwezo wa juu, betri inayoweza kutosha. Mchakato wa manganese-hidrojeni inaonekana kuahidi.

"Teknolojia nyingine za rechargeable za betri zinaweza zaidi ya mara tano za gharama hiyo wakati wa maisha," Cui anaongeza.

Chen anasema kemia ya riwaya, vifaa vya gharama nafuu na unyenyekevu wa jamaa ulifanya batri ya manganese-hidrojeni bora kwa kupelekwa kwa kiwango kikubwa cha gridi ya gharama nafuu.

Mfano unahitaji kazi ya maendeleo ili kuthibitisha yenyewe. Kwa jambo moja, linatumia platinum kama kichocheo ili kuchochea athari muhimu za kemikali kwenye electrode ambayo inafanya mchakato wa recharge ufanisie, na gharama ya sehemu hiyo itakuwa ya kuzuia kupelekwa kwa kiasi kikubwa. Lakini Chen anasema timu tayari inafanya kazi kwa njia za bei nafuu za kushawishi sulfate ya manganese na maji ili kufanya mabadiliko ya elektroni yanayorekebishwa.

"Tumegundua kichocheo ambacho kinaweza kutuleta chini ya lengo la doE la $ 100-per-kilowatt-saa," anasema.

Watafiti wanaripoti kufanya recharges ya 10,000 ya prototypes, ambayo ni mara mbili ya mahitaji ya DOE, lakini wanasema itakuwa muhimu kupima betri ya manganese-hidrojeni chini ya hali halisi ya kuhifadhi gridi ya umeme ili kuhakikisha kweli utendaji wake na gharama.

Cui anasema amejaribu kufuta ruhusa kwa njia ya Ofisi ya Stanford ya Teknolojia ya Teknolojia na mipango ya kuunda kampuni ya biashara ya mfumo.

kuhusu Waandishi

Yi Cui, profesa wa sayansi ya vifaa katika Chuo Kikuu cha Stanford, ndiye mwandishi mwandamizi wa karatasi. Coauthors ya ziada ni kutoka Chuo cha Kichina cha Sayansi na Stanford. Idara ya Nishati ilifadhili utafiti huo.

chanzo: Chuo Kikuu cha Stanford

Vitabu kuhusiana

at InnerSelf Market na Amazon