دانشمندان دانشگاه استنفورد در حال توسعۀ نوعی باتری مایع هستند که می‌تواند انرژی تجدیدپذیر را برای استفاده در زمان مناسب ذخیره کند.
به گزارش تک‌ناک، دانشمندان دانشگاه استنفورد با توسعۀ سیستم‌های کاتالیزوری جدید برای تولید ایزوپروپانول برای بهینه‌سازی حفظ و آزادسازی انرژی، روش‌های ذخیره‌سازی سوخت مایع را تقویت خواهند کرد.
از آنجایی که ایالت کالیفرنیا به سرعت به سمت سوخت‌های تجدیدپذیر می‌رود، نیاز به فناوری‌های جدید برای ذخیره‌سازی انرژی برای شبکۀ برق دارد. انرژی خورشیدی در شب و زمستان کاهش می‌یابد، قدرت باد هم دارای نوساناتی است. در نتیجه این ایالت به شدت به گاز طبیعی نیاز دارد تا نواسانات انرژی‌های تجدیدپذیر را تنظیم کند.
رابرت ویموث که این مطالعه را رهبری می‌کند، گفت: شبکۀ الکتریکی، انرژی را با همان سرعتی که تولید می‌شود، مصرف می‌کند و اگر در آن زمان مورد استفاده قرار نگیرد، نمی‌توان آن را ذخیره کرد و باید آن را دور بریزید.
ویموث وظیفه دارد یک فناوری نوظهور برای ذخیرۀ انرژی تجدیدپذیر را کشف کند، که حامل‌های هیدروژن آلی مایع (LOHCs) باشد. هیدروژن در حال حاضر به عنوان سوخت یا وسیله‌ای برای تولید الکتریسیته استفاده می‌شود، امّا مهار و انتقال آن دشوار است.
ویموث عنوان کرد: ما در حال توسعۀ یک استراتژی جدید برای تبدیل انتخابی و ذخیرۀ طولانی مدت انرژی الکتریکی در سوخت‌های مایع هستیم. همچنین ما یک سیستم کاتالیزوری انتخابی جدید برای ذخیرۀ انرژی الکتریکی در سوخت مایع بدون تولید هیدروژن گازی کشف کرده‌ایم.
باتری‌های مایع
باتری‌هایی که برای ذخیرۀ برق شبکه استفاده می‌شوند، همچنین باتری‌های گوشی‌های هوشمند و وسایل نقلیۀ الکتریکی، از فناوری‌های لیتیوم یونی استفاده می‌کنند. با توجه به مقیاس ذخیرۀ انرژی، محققان به جست‌وجوی سیستم‌هایی ادامه می‌دهند که بتوانند آن فناوری‌ها را تکمیل کنند.
در میان کاندیدها، حامل‌های هیدروژن آلی مایع قرار دارند که می‌توانند هیدروژن را با استفاده از کاتالیزورها و دماهای بالا ذخیره و آزاد کنند. روزی فرا می‌رسد که حامل‌های هیدروژن آلی مایع می‌توانند به‌طور گسترده‌ای به عنوان باتری‌های مایع عمل و انرژی را ذخیره کنند و در صورت نیاز به‌طور مؤثر آن را به عنوان سوخت قابل استفاده یا برق برگردانند.
محققان، ایزوپروپانول و استون را به عنوان مواد تشکیل‌دهنده در سیستم‌های ذخیره و رهاسازی انرژی هیدروژن مطالعه کردند. ایزوپروپانول یا الکل مالشی، یک شکل مایع با چگالی بالا از هیدروژن است که می‌تواند از طریق زیرساخت‌های موجود، ذخیره یا حمل شود تا هنگامی که زمان استفاده از آن به عنوان سوخت در پیل سوختی یا آزاد کردن هیدروژن برای استفاده بدون انتشار دی اکسید کربن فرا برسد.
با وجود این روش‌های تولید ایزوپروپانول با الکتریسیته ناکارآمد هستند. دو پروتون از آب و دو الکترون می‌توانند به گاز هیدروژن تبدیل شوند، سپس یک کاتالیزور می‌تواند از این هیدروژن، ایزوپروپانول تولید کند. وایموث در این زمینه بیان کرد: امّا ما در این فرآیند، گاز هیدروژن نمی‌خواهیم. ما به راهی برای ساخت ایزوپروپانول به‌طور مستقیم از پروتون‌ها و الکترون‌ها بدون تولید گاز هیدروژن نیاز داریم.
دانیل مارون، نویسندۀ اصلی این مطالعه، چگونگی پرداختن به این موضوع را مشخص کرده است. او یک سیستم کاتالیزوری برای ترکیب دو پروتون و دو الکترون با استون برای تولید ایزوپروپانول LOHC به صورت انتخابی و بدون تولید گاز هیدروژن ایجاد کرد. او این کار را با استفاده از ایریدیوم به عنوان کاتالیزور انجام داد.
یک نکتۀ شگفت‌انگیز و کلیدی این بود که کبالتوسن مانند یک افزودنی جادویی عمل کرد. کبالتوسن که یک ترکیب شیمیایی کبالت و یک فلز غیر گرانبها است، از دیرباز به عنوان یک عامل کاهش‌دهندۀ ساده استفاده می‌شود و به نسبت ارزان است. محققان به این نتیجه رسیدند که کبالتوسن زمانی که به عنوان یک کاتالیزور کمکی در این واکنش استفاده می‌شود، کارایی غیرمعمولی دارد و به‌جای آزادسازی گاز هیدروژن، به صورت مستقیم پروتون‌ها و الکترون‌ها را به کاتالیزور ایریدیوم می‌رساند.
آینده‌ای سرنوشت‌ساز
کبالت در حال حاضر یک مادۀ رایج در باتری‌ها است و تقاضای زیادی دارد، بنابراین محققان دانشگاه استنفورد امیدوار هستند که درک جدید آنها از خواص کبالتوسن بتواند به دانشمندان در توسعۀ کاتالیزورهای دیگر برای این فرآیند کمک کند. به عنوان مثال، محققان در حال کاوش کاتالیزورهای فراوان‌تر و غیر گرانبهای فلزات زمینی مانند آهن هستند تا سیستم حامل‌های هیدروژن آلی مایع آینده را مقرون به صرفه‌تر و مقیاس‌پذیرتر کنند.
ویموث اعلام کرد: ما فکر می‌کنیم که استراتژی جدیدی برای ذخیره‌سازی انتخابی انرژی الکتریکی در سوخت‌های مایع پیدا کرده‌ایم.
با پیشرفت این تحقیق، امید است که سیستم‌های حامل‌های هیدروژن آلی مایع بتوانند ذخیرۀ انرژی را برای صنعت و بخش‌های انرژی یا برای مزارع خورشیدی یا بادی منفرد بهبود بخشند.
