New Rechargeable Battery Invented

Design by Felice Vrankel

MIT researchers have engineered a new rechargeable flow battery that doesn’t rely on expensive membranes to generate and store electricity. The device, they say, may one day enable cheaper, large-scale energy storage.

The palm-sized prototype generates three times as much power per square centimeter as other membraneless systems — a power density that is an order of magnitude higher than that of many lithium-ion batteries and other commercial and experimental energy-storage systems.

The device stores and releases energy in a device that relies on a phenomenon called laminar flow: Two liquids are pumped through a channel, undergoing electrochemical reactions between two electrodes to store or release energy. Under the right conditions, the solutions stream through in parallel, with very little mixing. The flow naturally separates the liquids, without requiring a costly membrane.

The reactants in the battery consist of a liquid bromine solution and hydrogen fuel. The group chose to work with bromine because the chemical is relatively inexpensive and available in large quantities, with more than 243,000 tons produced each year in the United States.

In addition to bromine’s low cost and abundance, the chemical reaction between hydrogen and bromine holds great potential for energy storage. But fuel-cell designs based on hydrogen and bromine have largely had mixed results: Hydrobromic acid tends to eat away at a battery’s membrane, effectively slowing the energy-storing reaction and reducing the battery’s lifetime.

To circumvent these issues, the team landed on a simple solution: Take out the membrane.

“This technology has as much promise as anything else being explored for storage, if not more,” says Cullen Buie, an assistant professor of mechanical engineering at MIT. “Contrary to previous opinions that membraneless systems are purely academic, this system could potentially have a large practical impact.”

Buie, along with Martin Bazant, a professor of chemical engineering, and William Braff, a graduate student in mechanical engineering, have published their results this week in Nature Communications.

“Here, we have a system where performance is just as good as previous systems, and now we don’t have to worry about issues of the membrane,” Bazant says. “This is something that can be a quantum leap in energy-storage technology.”

Possible boost for solar and wind energy

Low-cost energy storage has the potential to foster widespread use of renewable energy, such as solar and wind power. To date, such energy sources have been unreliable: Winds can be capricious, and cloudless days are never guaranteed. With cheap energy-storage technologies, renewable energy might be stored and then distributed via the electric grid at times of peak power demand.

“Energy storage is the key enabling technology for renewables,” Buie says. “Until you can make [energy storage] reliable and affordable, it doesn’t matter how cheap and efficient you can make wind and solar, because our grid can’t handle the intermittency of those renewable technologies.”

By designing a flow battery without a membrane, Buie says the group was able to remove two large barriers to energy storage: cost and performance. Membranes are often the most costly component of a battery, and the most unreliable, as they can corrode with repeated exposure to certain reactants.

Braff built a prototype of a flow battery with a small channel between two electrodes. Through the channel, the group pumped liquid bromine over a graphite cathode and hydrobromic acid under a porous anode. At the same time, the researchers flowed hydrogen gas across the anode. The resulting reactions between hydrogen and bromine produced energy in the form of free electrons that can be discharged or released.

The researchers were also able to reverse the chemical reaction within the channel to capture electrons and store energy — a first for any membraneless design.

In experiments, Braff and his colleagues operated the flow battery at room temperature over a range of flow rates and reactant concentrations. They found that the battery produced a maximum power density of 0.795 watts of stored energy per square centimeter.

More storage, less cost

In addition to conducting experiments, the researchers drew up a mathematical model to describe the chemical reactions in a hydrogen-bromine system. Their predictions from the model agreed with their experimental results — an outcome that Bazant sees as promising for the design of future iterations.

“We have a design tool now that gives us confidence that as we try to scale up this system, we can make rational decisions about what the optimal system dimensions should be,” Bazant says. “We believe we can break records of power density with more engineering guided by the model.”

Yury Gogotsi, a professor of materials science and engineering at Drexel University, says eliminating the membrane is the next step toward scalable, inexpensive energy storage. The group’s design, he says, will help engineers better understand the physics of membraneless systems. 

“You cannot have an inexpensive energy-storage system by piling up tens of thousands of individual small cells, like cellphone or computer batteries,” says Gogotsi, who did not contribute to the research. “As any new technology, the laminar flow battery will need time to prove its viability. It’s like a newborn baby — we’ll only know what the technology is good for after a few years.”

According to preliminary projections, Braff and his colleagues estimate that the membraneless flow battery may produce energy costing as little as $100 per kilowatt-hour — a goal that the U.S. Department of Energy has estimated would be economically attractive to utility companies.

“You can do so much to make the grid more efficient if you can get to a cost point like that,” Braff says. “Most systems are easily an order of magnitude higher, and no one’s ever built anything at that price.”


The ISS (International Sapce Station) Moves?

The International Space Station orbits the Earth at 8 kilometers per second—but it's tough to visualize just how fast that is. When you think about it in terms of how far the thing moves during the course of a song you know, though, you'll be shocked.
In today's What If? post, Randall Munroe takes a look at exactly how fast the ISS travels. He gives two examples. The first is striking:
The ISS moves so quickly that if you fired a rifle bullet from one end of a football field, the International Space Station could cross the length of the field before the bullet traveled 10 yards.
But my favorite is how he visualizes the distance travelled while listening to I'm Gonna Be (500 Miles) by The Proclaimers. He explains how far you'd travel to it while moving at 8km/s:
That song is about 131.9 beats per minute, so imagine that with every beat of the song, you move forward more than two miles. In the time it took to sing the first line of the chorus, you could walk from the Bronx all the way to the Statue of Liberty. It would take you about two lines of the chorus (16 beats of the song) to cross the English Channel between London and France.

Created by: Jamie Condliffe 

Sabda Tuhan Sabtu 17 Agustus 2013, Hari Kemerdekaan Republik Indonesia

Photo by Herbanu Tri Sasongko

Mereka yang berada di bawah wewenang harus memandang pimpinannya sebagai pengabdi Allah, yang telah menempatkan mereka untuk mengurus anugerah-Nya Bdk. Rm 13:1-2.: "tunduklah, karena Allah, kepada semua lembaga manusia... hiduplah sebagai orang merdeka dan bukan seperti mereka yang menyalah gunakan kemerdekaan itu untuk menyelubungi kejahatan-kejahatan mereka, tetapi hiduplah sebagai hamba Allah" (1 Ptr 2:13.16). Keterlibatan yang loyal memberi hak kepada warga negara, dan kadang-kadang malahan kewajiban, untuk memberi kritik atas cara yang cocok, apa yang rasanya merugikan martabat manusia atau kesejahteraan umum. --- Katekismus Gereja Katolik, 2328

Antifon Pembuka (Mzm 27:8-9)

Tuhanlah kekuatan umat-Nya, dan benteng keselamatan bagi raja yang diurapi-Nya. Selamatkanlah umat-Mu, ya Tuhan, berkatilah pusaka-Mu. Gembalakanlah dan dukunglah mereka selamanya.

Doa Pagi

Allah Bapa yang mahakuasa, kami bersyukur atas anugerah kemerdekaan bagi bangsa kami. Semoga kami dapat memelihara dan mempergunakan kemerdekaan dengan bijaksana; semoga kami dapat menyalakan tungku kebaikan di atas kepala setiap orang sehingga kemuliaan dan kebaikan-Mu dapat dirasakan oleh setiap orang yang merindukan kemerdekaan sejati. Dengan pengantaraan Yesus Kristus, Tuhan kami yang bersama Dikau, dalam persatuan Roh Kudus, hidup dan berkuasa kini dan sepanjang masa. Amin.

Untuk mencapai kehidupan yang lebih sejahtera, diperlukan seorang pemimpin yang baik. Dan seseorang bisa menjadi pemimpin yang baik, bila dia hidup dan memerintah atas dasar kehendak Tuhan, bukan hanya seturut keinginannya sendiri.

Bacaan dari Kitab Putra Sirakh (10:1-8)
"Para penguasa bertanggung jawab atas rakyatnya."
Pemerintah yang bijak menjamin ketertiban dalam masyarakat, pemerintah yang arif adalah yang teratur. Seperti para penguasa, demikian pula para pegawainya, seperti pemerintah kota, demikian pula semua penduduknya. Raja yang tidak terdidik membinasakan rakyatnya, tetapi sebuah kota sejahtera berkat kearifan para pembesarnya. Di dalam tangan Tuhan terletak kuasa atas bumi, dan pada waktunya Ia mengangkat orang yang serasi atasnya. Di dalam tangan Tuhanlah terletak kemujuran seseorang, dan kepada para pejabat Tuhan mengaruniakan martabat. Janganlah pernah menaruh benci kepada sesamamu, apa pun juga kesalahannya, dan jangan berbuat apa-apa terpengaruh oleh nafsu. Kecongkakan dibenci oleh Tuhan maupun manusia, dan bagi kedua-duanya kelaliman adalah salah. Pemerintahan beralih dari bangsa yang satu kepada bangsa yang lain akibat kelaliman, kekerasan, dan uang.
Demikianlah sabda Tuhan
U. Syukur kepada Allah

Mazmur Tanggapan, do = f, 2/4, PS 862
Ref. Kamu dipanggil untuk kemerdekaan; maka abdilah satu sama lain dalam cinta kasih.
Ayat. (Mzm 101:1ac.2ac.3a.6-7; R: Gal 5:13)
  1. Ya, Tuhan, aku hendak menyanyikan kasih setia dan hukum-Mu. Aku hendak hidup tanpa cela. Aku hendak hidup dengan suci dalam rumahku, hal-hal yang jahat takkan kuperhatikan.
  2. Mataku tertuju kepada rakyatku yang setia, supaya mereka tinggal bersama aku. Orang yang hidup dengan tidak bercela akan mendukung aku.
  3. Orang yang melakukan tipu daya, tidak akan diam dalam rumahku. Orang yang berbicara dusta tidak bertahan di bawah pandanganku.

Orang beriman harus tunduk pada peraturan dan hukum yang berlaku. Namun dia harus tetap menjadi orang yang merdeka dan bebas dalam melakukan kehendak Allah. Hidup saling mengasihi satu sama lain, harus tetap menjadi prioritas hidup orang beriman.

Bacaan dari Surat Pertama Rasul Petrus (2:13-17)
"Berlakulah sebagai orang yang merdeka. "
Saudara-saudaraku yang terkasih, demi Allah, tunduklah kepada semua lembaga manusia, baik kepada raja sebagai pemegang kekuasaan tertinggi, maupun kepada wali-wali yang ditetapkannya untuk menghukum orang-orang yang berbuat jahat dan untuk mengganjar orang-orang yang berbuat baik. Sebab inilah kehendak Allah, yaitu supaya dengan berbuat baik kamu membungkamkan kepicikan orang-orang bodoh. Hiduplah sebagai orang merdeka, bukan seperti mereka yang menyalahgunakan kemerdekaan itu untuk menyelubungi kejahatan-kejahatan mereka, tetap hiduplah sebagai hamba Allah. Hormatilah semua orang, kasihilah saudara-saudaramu, takutlah akan Allah, hormatilah raja!
Demikianlah sabda Tuhan
U. Syukur kepada Allah

Bait Pengantar Injil, do = f, 2/4, PS 956
Ref. Alleluya, alleluya, alleluya. Alleluya, alleluya, alleluya.
Ayat. (Luk 20:25)
Berikanlah kepada kaisar yang menjadi hak kaisar dan kepada Allah yang menjadi hak Allah.

Orang beriman tidak perlu ragu untuk menjalankan kewajibannya sebagai warga negara yang baik kepada pemerintah. Namun dia juga tidak boleh bimbang untuk menomor-satukan iman dan pengabdiannya kepada Allah. Karena hanya Dialah yang menjadi jaminan hidupnya.

Inilah Injil Yesus Kristus menurut Matius (22:15-21)
"Berikanlah kepada kaisar apa yang wajib kamu berikan kepada kaisar, dan kepada Allah apa yang wajib kamu berikan kepada Allah."
Sekali peristiwa orang-orang Farisi berunding bagaimana mereka dapat menjerat Yesus dengan suatu pertanyaan. Mereka menyuruh murid-murid mereka bersama orang-orang Herodian bertanya kepada Yesus, "Guru, kami tahu, Engkau adalah seorang yang jujur, dan dengan jujur mengajarkan jalan Allah, dan Engkau tidak takut kepada siapa pun juga, sebab Engkau tidak mencari muka. Katakanlah kepada kami pendapat-Mu: Bolehkah membayar pajak kepada kaisar atau tidak?" Tetapi Yesus mengetahui kejahatan hati mereka. Maka Ia lalu berkata, "Mengapa kamu mencobai Aku, hai orang-orang munafik? Tunjukkanlah kepada-Ku mata uang untuk pajak itu!" Mereka membawa suatu dinar kepada Yesus. Maka Yesus bertanya kepada mereka, "Gambar dan tulisan siapakah ini?" Jawab mereka, "Gambar dan tulisan kaisar." Lalu kata Yesus kepada mereka, "Berikanlah kepada kaisar apa yang wajib kamu berikan kepada kaisar, dan kepada Allah apa yang wajib kamu berikan kepada Allah."
Inilah Injil Tuhan kita!
U. Sabda-Mu sungguh mengagumkan!
Baik pemimpin maupun warga negara mempunyai hak dan kewajibannya masing-masing untuk bekerja segiat-giatnya demi kesejahteraan negaranya. Cara hidup yang pantas, antara lain kejujuran dan kerendahan hati, serta semangat melayani menolong mereka untuk membangun bangsa yang makmur, adil merata. Inilah jiwa manusia yang merdeka!

Doa Malam

Tuhan Allahku, aku berdoa bagi siapa saja yang telah berjasa dalam membangun negeriku ini. Sudilah Engkau memberkati mereka dengan damai dan sukacita atas jerih payah mereka. Aku juga berdoa bagi generasi muda agar mereka dapat memberikan yang terbaik bagi kemajuan bumi pertiwi ini. Amin.