Исследователи разработали католит для крупномасштабных систем хранения энергии AORFB

Наступающая эра электромобилей требует, чтобы энергия для их зарядки была доступна в любом месте и в любое время без задержек. Поскольку солнечная и ветровая энергия являются непостоянными источниками энергии, её нужно где-то хранить для дальнейшего использования. Новое решение для этого предложила исследовательская группа доктора Ю Чжу (Yu Zhu) из Университета Акрона (штат Огайо, США). Их разработка позволяет создавать системы для крупномасштабного надёжного хранения энергии.

Фото: Dr. Yu Zhu/Университет Акрона

Зарядным станциям требуются системы хранения энергии, чтобы можно было постоянно заряжать электромобили. Для такого применения одной из наиболее подходящих технологий являются недорогие масштабируемые проточные батареи типа RFB (redox flow batteries). Однако современные модели RFB имеют в своём составе дорогостоящие и опасные для человека и окружающей среды электролиты.

Недавно в качестве будущих электролитов в аккумуляторных системах RFB предложили использовать водорастворимые органические материалы. Эти аккумуляторы должны получить название AORFB (aqueous organic RFB). Электролиты на органической основе можно получать из возобновляемых источников и их производство обойдется недорого. Однако серьезным препятствием для создания будущих AORFB является отсутствие стабильных водорастворимых органических электролитов.

Чтобы решить существующую проблему, исследовательская группа доктора Чжу при сотрудничестве с учеными Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (группа во главе с доктором Вэй Вангом (Wei Wang)) разработали стабильный католит (положительный электролит) для использования в аккумуляторных системах AORFB. Специалисты продемонстрировали элементы, которые сохраняют более 90% номинальной емкости после прохождения 6000 циклов заряд-разряд. Если аккумуляторная система будет выполнять один цикл в день, то такого аккумулятора хватит на 16 лет беспрерывной работы в режиме 24/7. Результаты исследования были опубликованы на сайте Университета Акрона.

Доктор Чжу говорит, что разработка высокопроизводительных аккумуляторов RFB существенно расширит категорию систем хранения электроэнергии. Это позволит восполнить недостаток хранилищ энергии для прерывистых возобновляемых источников типа солнечных и ветряных электростанций. В свою очередь, это даст возможность улучшить эксплуатацию объектов, которые приводятся в действие от электричества. И эксплуатацию электромобилей, в том числе, добавляет Чжу. По его мнению, для ускорения разработки коммерчески пригодных аккумуляторах AORFB был необходим новый стабильный католит. И их группе удалось его разработать.

В опубликованной статье команда исследователей продемонстрировала разработанный католит в AORFB, а также представила совершенно новую стратегию разработки водорастворимого католита для повышения их растворимости (плотности энергии) в воде. Для улучшения растворимости молекул, вместо присоединения гидрофильной функциональной группы, они изменяли симметрию молекул. Это позволило резко увеличить растворимость. Используя эту новую стратегию проектирования, исследовательская группа планирует разработать новые материалы, которые будут способствовать усовершенствованию аккумуляторных систем RFB.

Заявка на патент было подана на базе технологии, которая была разработана в ходе проведения исследований. Масштабируемость материалов будет дополнительно изучаться в Akron PolyEnergy Inc. Это дочерняя компания университета Акрона, соучредителем которой является доктор Чжу. Специалисты этой фирмы занимаются разработкой материалов для устройства хранения энергии, включая проточные батареи и литий-ионные аккумуляторы.