Qualsiasi residente delle Grandi Pianure può attestare l'enorme scala di parchi eolici che punteggiano sempre più la campagna. Nel Midwest e altrove, l'energia eolica rappresenta una fetta sempre più grande della produzione di energia degli Stati Uniti:nell'ultimo decennio, 143 miliardi di dollari sono stati investiti in nuovi progetti eolici, secondo l'American Wind Energy Association.

Però, il boom dell'energia eolica deve affrontare un ostacolo:come immagazzinare in modo efficace ed economico l'energia generata dalle turbine quando soffia il vento, ma il fabbisogno energetico è basso.

"La notte c'è molto vento, più che di giorno, ma la domanda di elettricità è più bassa di notte, così, lo scaricano o bloccano le turbine:stiamo sprecando elettricità, " disse Trung Van Nguyen, professore di petrolio e ingegneria chimica presso l'Università del Kansas. "Se potessimo immagazzinare questo eccesso di notte e venderlo o consegnarlo durante il giorno al picco della domanda, ciò consentirebbe ai proprietari di parchi eolici di guadagnare di più e sfruttare i propri investimenti. Allo stesso tempo, utilizzi più energia eolica e riduci la domanda di combustibili fossili".

Dal 2010, Nguyen ha diretto la ricerca per sviluppare una batteria a flusso di idrogeno-bromo avanzata, un design avanzato della batteria su scala industriale - sarebbe all'incirca delle dimensioni di un semirimorchio - che gli ingegneri hanno cercato di sviluppare dagli anni '60. Potrebbe funzionare altrettanto bene per immagazzinare elettricità dai parchi solari, essere scaricato durante la notte quando non c'è il sole.

Finanziato prima dalla National Science Foundation e successivamente dall'Advanced Research Projects Agency-Energy, Nguyen ha lavorato con ricercatori dell'Università della California a Santa Barbara, Università di Vanderbilt, l'Università del Texas ad Arlington e la Case Western Reserve University. Lungo la strada, Nguyen ha supervisionato un lavoro rivoluzionario sui componenti chiave della progettazione delle batterie all'idrogeno-bromo.

Per uno, c'è l'elettrodo sviluppato da Nguyen alla KU. L'elettrodo di una batteria è il punto in cui la corrente elettrica entra o esce dalla batteria quando è scarica. Per essere al massimo dell'efficienza, un elettrodo ha bisogno di molta superficie. Il team di Nguyen ha sviluppato un elettrodo di carbonio con una superficie più elevata coltivando nanotubi di carbonio direttamente sulle fibre di carbonio di un elettrodo poroso.

"Prima del nostro lavoro, le persone usavano elettrodi di carta carbone e dovevano impilare gli elettrodi insieme per generare un'uscita ad alta potenza, " ha detto. "Gli elettrodi dovevano essere molto più spessi e più costosi perché dovevi usare più strati:erano più ingombranti e più resistenti. Abbiamo avuto un'idea semplice ma innovativa per far crescere minuscoli nanotubi di carbonio direttamente sopra le fibre di carbonio all'interno degli elettrodi, come minuscoli peli, e abbiamo aumentato la superficie di 50-70 volte. Abbiamo risolto l'esigenza di un'elevata superficie per gli elettrodi delle batterie all'idrogeno-bromo".

Un problema chiave che rimane prima che una batteria al bromuro di idrogeno possa essere commercializzata con successo è lo sviluppo di un catalizzatore efficace per accelerare le reazioni sul lato dell'idrogeno della batteria e fornire una maggiore potenza sopravvivendo all'estrema corrosività del sistema. Ora, con il finanziamento di un sub-premio NSF attraverso una società privata chiamata Proton OnSite, Nguyen sta per risolvere quest'ultima barriera.

"Penso che siamo sull'orlo di una vera svolta, " ha detto. "Abbiamo bisogno di un catalizzatore durevole, qualcosa che ha la stessa attività del miglior catalizzatore là fuori, ma che può sopravvivere a questo ambiente. Il nostro materiale precedente non aveva una superficie sufficiente per fornire una potenza sufficiente. Ma sono stato in grado di continuare a lavorare su questo catalizzatore al solfuro di rodio. Penso che abbiamo trovato un modo per aumentare la superficie. Ora abbiamo un modo migliore, e potremmo pubblicarlo tra tre o sei mesi:abbiamo alcuni problemi minori da risolvere, ma penso che avremo un materiale adatto per la reazione dell'idrogeno in questo sistema".

I nuovi risultati per lo sviluppo di una batteria a flusso di idrogeno-bromo avanzata su scala industriale saranno presentati alla riunione della Electrochemical Society a Seattle questo maggio.

Infatti, Nguyen, che ha fondato diverse società di avvio nel corso della sua carriera di ricerca, ha notato che la nuova batteria idrogeno-bromo potrebbe presto essere commercializzata, e potrebbe essere facilmente scalato a scale MW (potenza) MWh (energia), disponibile in forma di contenitore modulare, circa 1MWh in un container a grandezza naturale. Ma ha avvertito che poteva essere usato solo in remoto, siti industriali, luoghi come parchi eolici e solari, dove le enormi batterie sarebbero probabilmente sepolte sottoterra.

"Questo sistema di accumulo di energia, a causa della sua corrosività, non è adatto per impianti residenziali o commerciali, " he said. "Bromine is like chlorine gas. Dig a hole, line it with cement or plastic, drop this battery down and cover it up—it should be in an enclosed or sealed system to prevent leakage or emission of bromine gas. This will be suitable only for large-scale remote energy storage like solar farms and wind farms."

The KU researcher said the rise of renewable energy would depend on technology breakthroughs that make the economics attractive to energy producers and investors, and he hoped his new battery design could play a part.

"The way we use fossil fuel for energy is very inefficient, wasteful and generates greenhouse gasses, " Nguyen said. "For fossil fuels, you make the initial investment, and also you pay for operation every day—pay for coal or for natural gas for rest of the life of the power plant. Once you make the initial investment in renewable, the electricity you make is free."