Аккумулятор для голубой энергии океана и пресной воды

Доступная технология может использовать так называемую голубую энергию, генерируемую в местах, где соленая вода океана и пресная вода смешиваются

В статье, опубликованной в ACS Omega, описывается аккумулятор с тем, чтобы использовать его в береговых очистных сооружениях для достижения энергетической автономности в процессе эксплуатации.

«Голубая энергия - это огромный и неиспользованный источник возобновляемой энергии». «А эта батарея - важный шаг к ее практическому захвату без мембран, движущихся частей и прочего».

Исследователи протестировали прототип батареи, следя за выработкой энергии, периодично промывая ее сточными водами каждый час. За 180 циклов аккумуляторные материалы сохранили 97-процентную эффективность при захвате энергии градиента солености.

Технология может работать в любом месте, где смешиваются пресная и соленая вода, но очистные сооружения показывают особенно ценный пример. Очистка сточных вод является энергоемкой отраслью. Этот важный процесс для здоровья населения остается уязвим к отключению от электросетей. Обеспечение энергетической независимости очистных сооружений может сократить потребление электроэнергии и обеспечить бесперебойную надежную работу системы.

Захват синей энергии

Каждый кубический метр пресной воды, которая смешивается с морской водой, производит около 0,65 киловатт-час энергии - этого достаточно для питания среднего частного дома в течение приблизительно 30 минут.

Батарея исследователей - не первая технология, позволяющая улавливать голубую энергию, но она первая, которая использует электрохимию батареи вместо давления или мембран. Эта технология предлагает более простое, надежное и экономически эффективное решение.

Процесс сначала высвобождает ионы натрия и хлорида из электродов батареи в раствор, создавая ток от одного электрода к другому. Затем, быстрый обмен сточных вод с морской водой приводит к тому, что электрод реинкорпорирует ионы натрия и хлорида и реверсирует ток. Энергия восстанавливается как во время притока пресной, так и морской воды, без предварительных затрат энергии и без необходимости зарядки. Это означает, что батарея постоянно разряжается и перезаряжается, не требуя каких-либо дополнительных затрат энергии.

Дешево и сердито

Несмотря на то, что лабораторные испытания показывают, что выходная мощность на площадь электрода все еще остается низкой, потенциал увеличения емкости аккумулятора выше, чем это было раньше, из-за небольшой занимаемой им площади, простоты, создания постоянной энергии и отсутствия мембран или инструментов для контроля заряда и напряжения.

Электроды изготовлены из материала «берлинская лазурь», широко используемого в качестве пигмента и лекарственного средства, который стоит менее 1 доллара США за килограмм, и полипиррола, материала, используемого в батареях и других устройствах, который продается менее чем за 3 доллара США за килограмм в натуральном выражении.

Нет необходимости в резервных батареях, так как используемые материалы относительно прочны, покрытие из поливинилового спирта и сульфосукциновой кислоты защищает электроды от коррозии, и в них нет движущихся частей. Если исследователи смогут расширить масштабы этой технологии, она сможет обеспечить достаточное напряжение и ток для любой береговой очистной установки. Избыточная электроэнергия может быть отдана ближайшему потребителю, например, опреснительной установке.

«Это научное элегантное решение сложной проблемы». «Его необходимо протестировать в масштабе. Оно не решает проблему использования голубой энергии в глобальном масштабе, когда реки впадают в океан, но это хорошая отправная точка, которая может стимулировать дальнейшие достижения».

Чтобы оценить весь потенциал батареи на городских станциях очистки сточных вод, исследователи работают над уменьшенной версией, чтобы увидеть, как система работает с несколькими батареями, работающими одновременно.

 

Источник: Stanford University