德雷塞尔大学工程学院的一组研究人员接受了这一挑战，并开发了一种快速有效地储存大量电能的新方法。

可再生能源的挑战

电能存储是妨碍更广泛使用诸如风能和太阳能的可再生能源的障碍。由于风能和太阳能的不可预测性，在生产能源时储存能量对于将这些资源转化为可靠的能源至关重要。目前的美国能源电网系统主要用于分配能源，并且在短时间内几乎没有灵活性来存储过量或快速扩散。

德雷克赛的研究团队正在提出一项计划，将电化学存储系统整合到电网中，该系统结合了液流电池和超级电容器的原理，为我们的日常技术提供动力。

现有技术

电池存储大量能量，但放电速度相对较慢，并且它们的寿命或循环寿命有限，而电池电容器通常被称为“超级电容器”或“超级电容器”。

传统的超级电容器提供高功率输出，并且在多达1,000,000次充电-放电循环中性能降低最小。电容器可以快速存储和释放能量，但与电池相比只能少量存储和释放。

使用电池或超级电容器在电网中存储能量的方式的障碍是能量存储能力与电池或所使用的超级电容器的尺寸密不可分。类似于锂离子电池的超级电容器是在相当小的电池中制造的，其尺寸范围从硬币到汽水罐。需要大量昂贵的材料，例如金属集电器，聚合物隔板和封装，以构造具有在能量网中有效运行所需尺寸的电池或超级电容器。

AJDrexel纳米技术研究所所长，该项目的首席研究员YuryGogotsi博士说：“将数千个常规小型设备装在一起构建大型固定式储能系统的成本太高了。”“液体储存系统的容量仅受储罐尺寸的限制，因此具有成本效益和可扩展性。”

网格能量存储解决方案

该团队的研究产生了一种新颖的解决方案，它结合了电池和超级电容器的优势，同时也消除了可扩展性问题。“电化学流动电容器”(EFC)由连接到两个外部电解质储存器的电化学电池组成-类似于用于电动车辆的现有氧化还原液流电池的设计。

该技术是独特的，因为它使用悬浮在电解质液体中的小碳颗粒来产生可携带电荷的颗粒浆料。

不带电的浆料从其罐中泵送通过流动池，然后存储在电池中的能量被转移到碳颗粒。然后可以将带电的浆料储存在储存器中直到需要能量，此时整个过程被反转以排出EFC。

EFC的主要优点是其设计允许其构造成足够大的尺度以存储大量能量，同时还允许在需求指示时快速分配能量。

“通过使用碳颗粒浆料作为超级电容器的活性材料，我们能够采用氧化还原液流电池的系统架构，解决成本和可扩展性问题，”Gogotsi说。

在液流电池系统以及EFC中，储能容量由储存带电材料的储存器的尺寸决定。如果需要更大的容量，可以简单地按比例放大容器。类似地，系统的功率输出由电化学电池的尺寸控制，较大的电池产生更多的功率。

“流动电池架构对于电网规模应用非常有吸引力，因为它通过解耦功率和能量密度来实现可扩展的能量存储，”德雷克塞尔电化学能源系统实验室主任ECKumbur博士说。“响应速度慢是大多数储能系统的常见问题。将超级电容器的快速充电和放电能力纳入这种结构是向有效储存来自波动的可再生能源并能够快速输送能量的重要一步，因为它是需要“。

与目前使用的液流电池相比，该设计还使EFC具有相对长的使用寿命。据研究人员称，EFC可能在固定应用中运行数十万次充放电循环。

“这项技术可以解决我们目前电化学储能技术所面临的成本和寿命问题，”Kumbur说。

“我们相信这项新技术在[可再生能源]领域具有重要的应用，”VolkerPresser博士说，他是初始工作完成时材料科学与工程系的助理研究教授。“此外，这些技术还可用于提高现有电源的效率，并提高电网的稳定性。”

这种储能概念最近发表在一期专注于下一代电池的AdvancedEnergyMaterials上。该团队正在进行的工作重点是开发基于不同碳纳米材料和电解质的新浆料组合物，以及优化其流量电容器设计。该小组还在设计一个小型演示原型，以说明该系统的基本操作。

“到目前为止，我们观察到非常有前途的性能，接近传统封装超级电容器电池的性能，”Gogotsi说。“但是，我们需要将每单位浆料体积的能量密度提高一个数量级，并使用非常便宜的碳和盐溶液来实现，以使该技术实用。”