De Amerikaanse regering streeft ernaar transportmethoden schoner te maken als onderdeel van haar doelstelling van netto nul-uitstoot in 2050, dus efficiënte en betrouwbare batterijen zijn een noodzaak. Een samenwerkend team van onderzoekers onder leiding van de McKelvey School of Engineering aan de Washington University in St. Louis werkt aan dat doel door een Energieopslagsysteem met een veel hogere energiedichtheid. dan bestaande systemen.
Met $1,5 miljoen van het Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) van het Amerikaanse ministerie van Energie, zal Xianglin Li, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde en materiaalkunde, leiding geven aan een multi-institutioneel team om een lithium-air (li-Air ) met ionische vloeistoffen voor efficiënte, betrouwbare en langdurige prestaties voor toepassingen met hoge energie en vermogen. De 18 maanden durende Fase I-financiering maakt deel uit van $15 miljoen aan ARPA-E-financiering die is toegekend aan 12 projecten in 11 staten om de volgende generatie oplossingen voor hoge-energieopslag te bevorderen om de elektrificatie van de maritieme luchtvaart-, spoorweg- en transportsector te versnellen.
Gefinancierd door baanbrekende elektrificatie van spoorwegen, oceanen en vliegtuigen met 1K-energieopslagsystemen (PROPEL-1K), zijn de projecten gericht op de ontwikkeling van emissievrije energieopslagsystemen met “1K”-technologieën die 1.000 wattuur per kilogram (wh/kg) en 1.000 wattuur per liter (wh/l) kunnen bereiken of overschrijden.
« Momenteel in de handel verkrijgbare lithium-ionbatterijen hebben een specifieke energie van ongeveer 200 wattuur per kilogram, en ze zouden niet werken omdat 1.000 wattuur per kilogram hun thermodynamische limiet overschrijdt », zei Li. « We moeten die specifieke energiedichtheid vier tot vijf keer verhogen, dus dit is een zeer agressief doel. »
Indien succesvol zouden PROPEL-1K-technologieën regionale vluchten met maximaal 100 personen tot 1.600 kilometer elektrisch maken; alle Noord-Amerikaanse spoorwegen; en alle schepen die uitsluitend in de Amerikaanse territoriale wateren opereren, aldus het agentschap.
Het concept van Li’s team zou puur lithium in de anode gebruiken omdat dit de hoogste energiedichtheid heeft. Ze zullen een zeer fijne scheider met unieke eigenschappen gebruiken om de lithiumionen heen en weer te transporteren. De kathode moet katalysatoren bevatten die ervoor zorgen dat de elektrochemische reactie van reductie en zuurstofontwikkeling snel en efficiënt plaatsvindt.
« Al deze componenten moeten bijna perfect worden geassembleerd, omdat die 1.000 wattuur per kilogram bijna de limiet is van elke energieopslagtechnologie », zei Li. “Daarom hebben we een geweldig team met complementaire experts in verschillende delen van dit hele systeem. “Mijn team zal leiding geven aan het algehele ontwerp van het systeem en zich concentreren op de kathode waar de zuurstofreactie zou plaatsvinden.”
Voor de voorgestelde lithium-luchtstroombatterij zal het team een unieke elektrolyt gebruiken: ionische vloeistoffen met een hoge zuurstofoplosbaarheid, lage viscositeit, ultralage vluchtigheid en hoge ionische geleidbaarheid. Het team zal ook lithiummetaalkatalysatoren en beschermende membranen aanpassen om de prestaties van de batterij te verbeteren en tegelijkertijd het energieverbruik tijdens de elektrolytcirculatie te verminderen. Voorlopige experimentele resultaten hebben aangetoond dat de capaciteit vertienvoudigd wordt door gebruik te maken van een circulerende elektrolyt.
« Commerciële batterijen gebruiken organische elektrolyten, maar omdat onze lithium-luchtcel een open systeem is, zou die elektrolyt na verloop van tijd verdampen », zei Li. « Ionische vloeistof is een zout dat zich als een vloeistof gedraagt, maar niet verdampt en bij kamertemperatuur kan stromen. »
Co-hoofdonderzoekers van het project zijn onder meer Peng Bai, universitair hoofddocent, en Vijay Ramani, Roma B. & Raymond H. Wittcoff Distinguished University Professor, beide bij de afdeling Energie, Milieutechniek en Scheikunde van McKelvey Engineering; Mark Shiflett, Universiteit van Kansas; Ivan Vlassiouk, senior onderzoekspersoneel bij Oak Ridge National Laboratory; James Saraidaridis, hoofdonderzoeksingenieur bij het Raytheon Technologies Research Center; en Sherry Quinn, Powerit-elektrochemicus. Samen gaan ze aan de slag om een prototype te ontwikkelen dat verder ontwikkeld en op de markt gebracht kan worden.
Het team zal ook een economische analyse uitvoeren van zijn luchtstroom- en lithiumbatterijsystemen voor de luchtvaart-, spoorweg- en scheepvaartsector om het belang te benadrukken van het bevorderen van energieopslagtechnologieën die verder gaan dan de huidige batterijtechnologie.
Fontein: Washington Universiteit in St. Louis
!function(f,b,e,v,n,t,s){if(f.fbq)return;n=f.fbq=function(){n.callMethod?
n.callMethod.apply(n,argumenten):n.queue.push(argumenten)};if(!f._fbq)f._fbq=n;
n.push=n;n.loaded=!0;n.version=’2.0′;n.queue=[];t=b.createElement(e);t.async=!0;
t.src=v;s=b.getElementsByTagName(e)[0];s.parentNode.insertBefore(t,s)}(venster,
document,’script’,’https://connect.facebook.net/en_US/fbevents.js’);
fbq(‘init’, ‘1254095111342376’);
fbq(‘track’, ‘Paginaweergave’);
