As solar cells produce a greater pr

As solar cells produce a greater proportion of total electric power, a fundamental limitation remains: the dark of night when solar cells go to sleep. Lithium-ion batteries, the commonplace batteries used in everything from hybrid vehicles to laptop computers, are too expensive a solution to use on something as massive as the electric grid.

Song Jin, a professor of chemistry at the University of Wisconsin-Madison, has a better idea: integrating the solar cell with a large-capacity battery. He and his colleagues have made a single device that eliminates the usual intermediate step of making electricity and, instead, transfers the energy directly to the battery's electrolyte.

Jin chose a "redox flow battery," or RFB, which stores energy in a tank of liquid electrolyte.

In a report now online in Angewandte Chemie International Edition, Jin, graduate student Wenjie Li, and colleagues at the King Abdullah University of Science and Technology in Saudi Arabia have demonstrated a single device that converts light energy into chemical energy by directly charging the liquid electrolyte.

Discharging the battery to power the electric grid at night could hardly be simpler, Jin says. "We just connect a load to a different set of electrodes, pass the charged electrolyte through the device, and the electricity flows out."

Solar charging and electrical discharging, he notes, can be repeated for many cycles with little efficiency loss.

Unlike lithium-ion batteries, which store energy in solid electrodes, the RFB stores chemical energy in liquid electrolyte. "The RFB is relatively cheap and you can build a device with as much storage as you need, which is why it is the most promising approach for grid-level electricity storage," says Jin, who also works on several other aspects of solar energy conversion.

In the new device, standard silicon solar cells are mounted on the reaction chamber and energy converted by the cell immediately charges the water-based electrolyte, which is pumped out to a storage tank.

Redox flow batteries already on the market have been attached to solar cells, "but now we have one device that harvests sunlight to liberate electrical charges and directly changes the oxidation-reduction state of the electrolyte on the surface of the cells," says Li, the first author of the new study. "We are using a single device to convert solar energy and charge a battery. It's essentially a solar battery, and we can size the RFB storage tank to store all the energy generated by the solar cells."

The unified design suggests multiple advantages, Jin says. "The solar cells directly charge the electrolyte, and so we're doing two things at once, which makes for simplicity, cost reduction and potentially higher efficiency."

Having proven the concept of an integrated, solar-charged battery, Jin and Li are already working on improvements. One would be to match the solar cell's voltage to the chemistry of the electrolyte, minimizing losses as energy is converted and stored.

The aqueous electrolyte used in the current study contains organic molecules but no expensive rare metals, which raise costs in many batteries. Jin and Li are also searching for electrolytes with larger voltage differential, which currently limits energy storage capacity.

A system that both creates and stores electricity will be judged by cost, efficiency and energy storage density, Jin says. "It's not just about the efficiency of converting sunlight into electricity, but also about how much energy you can efficiently store in the device."

As solar energy use grows, the storage problem becomes more acute. "People say the solar electricity capacity cannot exceed about 20 percent of overall grid capacity, because of supply shortages at night or during cloudy weather," Jin says. "In some places, further solar installations may have to wait until better storage is available.

Kết quả (Việt) 1:

Khi các tế bào năng lượng mặt trời sản xuất một tỷ lệ lớn hơn tổng số điện năng, một hạn chế cơ bản vẫn là: bóng tối của đêm khi mặt trời đi ngủ. Pin lithium-ion pin, pin phổ biến được sử dụng trong tất cả mọi thứ từ xe hybrid cho các máy tính máy tính xách tay, có một giải pháp quá đắt tiền để sử dụng trên một cái gì đó như là lớn như điện lưới.Bài hát Jin, một giáo sư hóa học ở Đại học Wisconsin-Madison, có một ý tưởng tốt hơn: tích hợp các tế bào năng lượng mặt trời với công suất lớn pin. Ông và đồng nghiệp của ông đã thực hiện một thiết bị duy nhất giúp loại bỏ bước trung gian thường làm cho điện, và thay vào đó, chuyển năng lượng trực tiếp đến pin điện.Jin đã chọn "redox chảy pin", hoặc RFB, Mua sắm năng lượng trong một chiếc xe tăng của chất điện phân lỏng.Trong một báo cáo bây giờ trực tuyến tại Angewandte Chemie International Edition, Jin, sinh viên tốt nghiệp Wenjie Li, và các đồng nghiệp tại các vua Abdullah đại học khoa học và công nghệ tại ả Rập Saudi đã thể hiện một thiết bị duy nhất, mà chuyển đổi ánh sáng năng lượng thành năng lượng hóa học bằng việc trực tiếp tính chất điện phân lỏng.Xả pin điện điện lưới vào ban đêm có thể hầu như không thể đơn giản, Jin nói. "Chúng tôi chỉ cần kết nối một tải với một bộ khác nhau của điện cực, vượt qua tính chất điện phân qua điện thoại, và dòng điện ra."Sạc năng lượng mặt trời và điện xả, ông ghi chú, có thể được lặp đi lặp lại trong nhiều chu kỳ với ít hiệu quả giảm cân.Không giống như các pin lithium-ion, lưu trữ năng lượng trong điện cực rắn, RFB cửa hàng hóa chất lượng trong chất điện phân lỏng. "RFB là tương đối rẻ và bạn có thể xây dựng một thiết bị với lưu trữ như nhiều như bạn cần, đó là lý do tại sao nó là cách tiếp cận hứa hẹn nhất để lưới điện cấp điện lưu trữ," ông Jin, người cũng làm việc trên một số khía cạnh khác của chuyển đổi năng lượng mặt trời.Trong các thiết bị mới, tế bào năng lượng mặt trời tiêu chuẩn silicon được gắn trên buồng phản ứng và chi phí năng lượng chuyển đổi của các tế bào ngay lập tức nước dựa trên chất điện phân, mà bơm ra đến một chiếc xe tăng lưu trữ.Redox chảy pin đã có trên thị trường đã được gắn liền với các tế bào năng lượng mặt trời, "nhưng bây giờ chúng ta có một thiết bị thu hoạch ánh sáng mặt trời để giải phóng các chi phí điện và trực tiếp thay đổi oxidation-reduction, bang chất điện phân trên bề mặt của tế bào," ông Li, tác giả đầu tiên của nghiên cứu mới. "Chúng tôi đang sử dụng một thiết bị duy nhất để chuyển đổi năng lượng mặt trời, sạc pin. Đó là về cơ bản là một pin năng lượng mặt trời, và chúng tôi có thể kích cỡ xe tăng lưu trữ RFB để lưu trữ tất cả năng lượng được tạo ra bởi các tế bào năng lượng mặt trời."Thiết kế thống nhất cho thấy nhiều thuận lợi, Jin nói. "Các tế bào năng lượng mặt trời trực tiếp phụ trách chất điện phân, và vì vậy chúng tôi đang làm hai việc cùng một lúc, mà làm cho đơn giản, chi phí giảm và hiệu quả cao hơn có khả năng."Có chứng minh các khái niệm về một tích hợp năng lượng mặt trời sạc pin, Jin và Li đã làm việc trên cải tiến. Một trong những sẽ phù hợp với các tế bào năng lượng mặt trời điện áp để hóa chất điện phân, giảm thiểu thiệt hại khi năng lượng chuyển đổi và lưu trữ.Chất điện phân dung dịch được sử dụng trong các nghiên cứu hiện tại có chứa các phân tử hữu cơ nhưng không đắt tiền kim loại đất hiếm lớn, tăng chi phí trong nhiều pin. Jin và Li cũng tìm kiếm các chất điện phân với lớn hơn điện áp vi phân, mà hiện tại đang hạn chế khả năng lưu trữ năng lượng.Một hệ thống mà cả hai tạo và mua sắm điện sẽ được đánh giá bởi chi phí, hiệu quả và năng lượng lưu trữ với mật, Jin nói. "Nó không phải chỉ là về hiệu quả chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, nhưng cũng về năng lượng bao nhiêu bạn có thể hiệu quả lưu trữ trong điện thoại."Khi sử dụng năng lượng mặt trời năng lượng phát triển, vấn đề lưu trữ sẽ trở thành nhiều cấp tính. "Người ta nói công suất điện năng lượng mặt trời không thể vượt quá khoảng 20 phần trăm tổng thể mạng lưới công suất, vì sự thiếu hụt nguồn cung cấp vào ban đêm hay khi thời tiết âm u," Jin nói. "Ở một số nơi, tiếp tục cài đặt năng lượng mặt trời có thể phải đợi cho đến khi lưu trữ tốt hơn là có sẵn.

Kết quả (Việt) 2:

Khi các tế bào năng lượng mặt trời sản xuất một tỷ lệ lớn hơn tổng năng lượng điện, một hạn chế cơ bản vẫn là: bóng tối của đêm khi các tế bào năng lượng mặt trời đi ngủ. Pin Lithium-ion, pin phổ biến được sử dụng trong tất cả mọi thứ từ xe hybrid đến các máy tính xách tay, là quá đắt một giải pháp để sử dụng trên một cái gì đó như đồ sộ như lưới điện.

Song Jin, một giáo sư hóa học tại Đại học Wisconsin-Madison, có một ý tưởng tốt hơn: tích hợp các tế bào năng lượng mặt trời với một pin dung lượng lớn. Ông và các đồng nghiệp của ông đã thực hiện một thiết bị duy nhất mà loại bỏ các bước trung gian thông thường của việc điện, thay vào đó, chuyển năng lượng trực tiếp đến điện của pin.

Jin đã chọn một "pin dòng oxi hóa khử," hoặc RFB, trong đó lưu trữ năng lượng trong một thùng điện phân lỏng.

trong một báo cáo tại trực tuyến tại Angewandte Chemie International Edition, Jin, sinh viên tốt nghiệp Wenjie Li, và các đồng nghiệp tại king Abdullah Đại học Khoa học và Công nghệ ở Saudi Arabia đã chứng minh một thiết bị duy nhất có thể chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học bằng cách trực tiếp sạc các chất điện phân lỏng.

Xả pin để cấp nguồn cho lưới điện vào ban đêm hầu như không thể đơn giản hơn, Jin nói. "Chúng tôi chỉ cần kết nối một tải một tập hợp khác nhau của các điện cực, vượt qua điện sạc thông qua các thiết bị, và dòng điện ra."

Sạc năng lượng mặt trời và xả điện, ông lưu ý, có thể được lặp đi lặp lại trong nhiều chu kỳ với sự mất mát hiệu quả ít.

Không giống như lithium -ion pin, trong đó lưu trữ năng lượng trong các điện cực rắn, các cửa hàng RFB năng lượng hóa học trong chất điện phân lỏng. "Các RFB là tương đối rẻ và bạn có thể xây dựng một thiết bị với như lưu trữ nhiều như bạn cần, đó là lý do tại sao nó là phương pháp hứa hẹn nhất cho việc lưu trữ điện lưới cấp", ông Jin, người cũng hoạt động trên một số khía cạnh khác của năng lượng mặt trời chuyển đổi.

Trong thiết bị mới, các tế bào năng lượng mặt trời silicon tiêu chuẩn được gắn trên các buồng phản ứng và năng lượng chuyển đổi bởi các tế bào ngay lập tức tính chất điện phân dạng nước, được bơm ra một bể chứa.

pin dòng Redox đã có trên thị trường đã được đính kèm đến các tế bào năng lượng mặt trời ", nhưng bây giờ chúng tôi có một thiết bị thu hoạch ánh sáng mặt trời để giải phóng điện tích và trực tiếp thay đổi trạng thái oxy hóa khử của điện trên bề mặt của các tế bào," Li, tác giả đầu tiên của nghiên cứu mới cho biết. "Chúng tôi đang sử dụng một thiết bị duy nhất để chuyển đổi năng lượng mặt trời và sạc pin. Đó là bản chất là một pin năng lượng mặt trời, và chúng ta có thể kích thước bể chứa RFB để lưu trữ tất cả các năng lượng tạo ra bởi các tế bào năng lượng mặt trời."

Các thiết kế thống nhất cho thấy nhiều lợi thế, Jin nói. "Các tế bào năng lượng mặt trời trực tiếp sạc điện, và vì vậy chúng tôi đang làm hai việc cùng một lúc, mà làm cho đơn giản, giảm chi phí và hiệu quả có khả năng cao hơn."

Sau khi chứng minh khái niệm của một pin tích hợp, năng lượng mặt trời sạc, Jin và Li là đã thực hiện cải thiện. Một là để phù hợp với điện áp các tế bào năng lượng mặt trời để hóa học của các chất điện giải, giảm thiểu tổn thất năng lượng được chuyển hóa và lưu trữ.

Các chất điện phân dung dịch nước được sử dụng trong nghiên cứu này có chứa các phân tử hữu cơ nhưng không có kim loại hiếm đắt tiền, trong đó tăng chi phí trong nhiều pin. Jin và Li cũng đang tìm kiếm cho điện với điện áp khác biệt lớn hơn, mà hiện nay đã hạn chế khả năng lưu trữ năng lượng.

Một hệ thống mà cả hai tạo ra và lưu trữ điện năng sẽ được đánh giá bằng chi phí, hiệu quả và mật độ lưu trữ năng lượng, Jin nói. "Nó không chỉ là về hiệu quả của việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, mà còn bao nhiêu năng lượng bạn có hiệu quả có thể lưu trữ trong thiết bị."

Khi sử dụng năng lượng mặt trời mọc, vấn đề lưu trữ trở nên gay gắt hơn. "Mọi người nói rằng công suất điện năng lượng mặt trời không thể vượt quá 20 phần trăm công suất lưới tổng thể, vì thiếu hụt nguồn cung vào ban đêm hoặc khi thời tiết nhiều mây," Jin nói. "Ở một số nơi, lắp đặt pin mặt trời hơn nữa có thể phải chờ cho đến khi lưu trữ tốt hơn là có sẵn.