ルバーブに含まれる分子とほぼ同じ分子が、再生可能エネルギーの未来への鍵を握っている可能性があります。研究者はこの化合物を使用して、電力網に再生可能電力を貯蔵するための主要な候補である高性能の「フロー」バッテリーを作成しました。バッテリーのプロトタイプをスケールアップできれば、風が穏やかで太陽が輝いていないときに電力会社が再生可能エネルギーを供給するのに役立つ可能性があります.
再生可能エネルギーはすでに大きなビジネスであり、風力と太陽光発電は世界中で新たに設置された発電容量の約 7% を占めています。多くの専門家は、化石燃料からの炭素排出量を制限するためにその数が増えることを望んでいます。しかし、電力会社が風力発電と太陽光発電を使用して電力の約 20% 以上を供給すると、問題が発生します。そのレベルを超えると、太陽が輝いておらず、風が吹いていないときに、バックアップ ソースが需要を満たすのは困難です。
後で使用するために余剰の再生可能エネルギーを貯蔵するための多くの技術が提案されています。そして、多くの地域ではすでに水を丘の上に汲み上げ、後でそれを発電機に通して、まさにそれを行っています。しかし平地ではそうはいかない。従来のバッテリーなどの他のオプションは、依然として高価であり、安全上の懸念があります.
フロー電池は別のオプションです。化学反応物と電極を一緒にパックする従来の電池とは異なり、フロー電池は反応物を別々のタンクに保持します。材料を膜で隔てられた 2 つの電極に流すだけで、エネルギーを抽出したり、反応物に供給したりできます。水に溶解したバナジウムイオンに基づいた主要なフローバッテリー候補の本格的なパイロットプロジェクトは、来年日本でグリッドストレージ用に完了する予定です。しかし、バナジウムは高価です。 1 キロワット時の電力を供給する蓄電容量を備えたフロー電池のバナジウムだけでも、現在 81 ドルかかります。他のコンポーネントを追加すると、価格は 1 キロワット時あたり 350 ～ 700 ドルになります。米国エネルギー省によると、実行可能なグリッド ストレージ技術のコスト目標は、キロワット時あたり約 100 ドルです。
ハーバード大学の物理学者であるマイケル・アジズが率いるチームは、その目標に近づくことを期待して、キノンと呼ばれる有機分子を調査することにしました。この化合物は、電池材料の重要な要件である電子の捕捉と放出に優れていることで長い間知られていました。そして、それらは植物や原油にも豊富に含まれているため、安価になる可能性があります.そこでアジズは、彼と彼の生徒たちがフロー電池でいくつかの異なる種類のキノンをテストし始め、公正な結果を得たと言います.そのため、ハーバード大学のアラン・アスプル＝グジクが率いる理論化学者とチームを組んで、10,000 を超えるキノン分子の特性を計算しました。そこでルバーブに似た化合物にたどり着きました。
Aziz と彼のチームは、フロー バッテリーのセットアップにそれを組み込みました。 1 つのタンクに、AQDSH2 と略されるキノンを入れます。 、水に溶解。別のタンクに Br2 を入れます 、または臭素液。電気を取り出すために、薄いプロトン伝導膜で隔てられた隣接する電極を通過するように 2 つの液体を送り出します。 1 つの電極で、各キノン分子は 2 つの電子と 2 つの陽子を放棄します。電子は外側の回路を通って反対側の電極に向かい、そこで膜を通過した陽子と出会います。次に、パートナーは臭素原子と結合して HBr の分子を作ります。エネルギーを蓄えるために、研究チームは単純にポンプを逆に動かし、高エネルギーの電子を供給します。これにより、水素が臭素原子から離脱し、反対側の電極でキノンに再結合します。今日 Nature にオンラインで掲載された論文で 、Azizと彼の同僚は、キノンフローバッテリーが機能するだけでなく、初期のテストで安定しているように見え、かなりの電力を提供することを示しています.そしておそらく何よりも、アジズはキノンと臭素のコストがバナジウムのコストの約 3 分の 1 であり、はるかに安価なオプションになる可能性があると述べています.
コネチカット州イーストハートフォードにあるユナイテッド・テクノロジーズ・リサーチ・センターのフロー電池専門家であるマイク・ペリー氏は、「これは素晴らしい新しい材料セットです」と述べています。しかし、臭素は非常に腐食性が高く、臭素に依存する最終フロー電池のコストが高くなる可能性があるとペリーは指摘しています。アジズは、彼のグループが臭素を置き換えるために他の有機物も研究していると言います。これがうまくいけば、この新しいバッテリーは、再生可能電力をグリッドに追加する取り組みを活性化し、化石燃料で生成された電力への社会の依存を抑えることができます.
