Разработаны новые проточные батареи с хранением энергии в простом органическом соединении
Естественные перерывы в поставках возобновляемой энергии требуют крупных хранилищ энергии для поддержания стабильности электросетей. Стандартные аккумуляторы плохо масштабируется. Поэтому привлекательной является идея проточных аккумуляторов, которые хранят электричество в жидкости. Батареи являются дорогостоящими из-за редких металлов в их составе. Ученые из Университета Гронингена (Нидерланды), разработали электролит для проточной батареи, который может решить обе проблемы. Результаты исследования они опубликовали в журнале Американского химического общества.
Проточные аккумуляторы не сильно отличаются от стандартных батарей, которые мы используем повсеместно. Существенные различия в том, что энергия хранится в двух отдельных жидкостях с растворёнными в них химическими веществами, хранящими заряд. Электричество сначала накапливается, а затем высвобождается посредством прокачки этих жидкостей через электрохимическую ячейку мембраной. Через эту мембрану может происходить обмен ионами. Энергоёмкость такой батареи можно легко масштабировать, увеличивая резервуары для хранения жидкостей.
Дороговизна
Не так давно Китай установил проточной батареи, чтобы снизить и перерывы в снабжении возобновляемой электроэнергии. Эти решения необходимы для того, чтобы снизить дестабилизацию энергосети, когда прекращается или снижается выработка с солнечных и ветровых электростанций, говорит доцент кафедры молекулярной неорганической химии в Университете Гронингена, Эдвин Оттен. Тип аккумулятора, которые используют китайцы, был разработан ещё в 1980 годах. Он основан на растворе, который содержит ванадий.
Оттен говорит, что ванадий добывается в нескольких местах на планете и его поставки не всегда могут быть гарантированы. Кроме того, стоит весьма дорого. Затраты увеличиваются из-за того, что требуется специальная мембрана для разделения жидкостей в резервуарах. Чтобы повысить доступность таких систем, исследовательская группа Оттена вместе с коллегами из Университета Эйндховена (Нидерланды) и Технического университета Дании занялась разработкой нового материала для проточных батарей.
Радикал Блаттера
Оттен сказал, что они решили разрабатывать симметричную батарею, в которой оба резервуара содержат одинаковую жидкость. Помимо этого, перед ними стояла задача сделать раствор на основе органической молекулы, а не металла. В современных проточных батареях обе стороны содержат жидкости с разным составом.
Симметричные аккумуляторы были разработаны посредством соединения молекул, которые используются с обеих сторон. И резервуары в них заполняются одинаковой жидкостью на основе гибридной молекулы. Минус подобного решения в том, что с обеих сторон используется только одна часть молекулы. В результате, при использовании появляются реактивные радикалы, которые постепенно разлагаются. Из-за этого происходит дестабилизация системы.
Оттен со специалистами использовали другой подход. Они занялись поиском единой стабильной молекулы, которая могла бы принимать и отдавать электроны. То есть, она могла бы использоваться на обеих сторонах батарее. Многообещающим в этом плане стал радикал Блаттера, который представляет собой биполярное органическое соединение. Оно может принимать или отдавать электроны в окислительно-восстановительной реакции. Оттен отмечает, что молекула, которую они выбрали, также имела внутреннюю стабильность.
Исследовательская группа провела тестирование соединения в небольшой электрохимической ячейке. Соединение показало хорошую работу и оставалось стабильным в течение 275 циклов заряда/разряда. Учёные ставят перед собой задачу довести это число до 1000 циклов заряда и разряда. В любом случае, как говорят они, им удалось подтвердить возможность создания батареи с симметричным потоком, обладающей хорошей стабильностью.
Оттен также отметил, что радикал Блаттера относительно легко изготовить. Несмотря на то, что сейчас он не выпускается в промышленных масштабах, его производство легко наладить.
Дисбаланс
В качестве ещё одного преимущества симметричной конструкции, которые они разработали, исследователи называют отсутствие проблемы, если какое-либо из соединений в резервуарах пересечёт мембрану при использовании. Это просто приведёт к увеличению объёма в одном из резервуаров, но этот дисбаланс легко исправляется простой сменой полярности. Во время испытаний учёные показали, как это действительно работает. Экспериментальные конструкции симметричных батарей, которые известны на сегодняшний день, не были достаточно стабильны, чтобы отработать достаточное количество циклов, необходимое для подтверждения своей стабильности.
В качестве следующего шага учёные называют создание водорастворимой версии радикалов Блаттера. Подавляющее большинство проточных ячеек предназначены для жидкостей на водной основе, поскольку вода дешева и не воспламеняется. Над этим вопросом уже работают аспиранты в их группе. Среди задачи, стоящих перед учёными, является повышение стабильности и растворимости радикала Блаттера, а также его проверка в более широком масштабе. Основным текстом на работоспособность настанет проверка стабильности полученной системы для её коммерческого применения. Результаты проведённой работы опубликованы здесь.
(голосов: 1, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
