Исследователи предложили дескриптор для быстрого подбора электролита для аккумулятора с активными органическими элементами

Прогресс в сфере возобновляемых источников энергии зависит не только от  совершенствования способов преобразования энергии ветра, солнца, океана, геотермальной энергии. Он также зависит от технологий эффективного хранения получаемой энергии. Основным препятствием в случае разработки масштабируемых аккумуляторов для хранения энергии в масштабах энергетической сети является стоимость материалов. Исследования, необходимые для поиска более подходящих материалов, также являются дорогостоящими.

Аккумуляторы ORFB является относительно недорогими благодаря тому, что имеют простую конструкцию. В них используются доступные органические материалы в качестве основных элементов – анода и катода.

Один из авторов исследования Критика Шарма, аспирант в лаборатории Рамани сказала, что в предложенной системе они использовали виологен. Этот материал широко используется в качестве гербицида. Как она отметила, если в аккумуляторе используются органические активные вещества, то главным вопросом является электролит для такой системы. Он должен обеспечить максимальную эффективность работы. Именно для ответа на этот вопрос обычно требуется больше всего экспериментов, анализов и так далее. Но команда лаборатории Рамани Вашингтонского университета обнаружила, что работу можно значительно сократить. Они нашли универсальный дескриптор, который подсказывает наилучшее сочетание электролитов с активными органическими веществами.

Исследовательская группа лаборатории Рамани, помимо Шармы, включала в себя Шрихари Санкарасубраманиана (Shrihari Sankarasubramanian) и Хавьера Паррондо (Javier Parrondo). Ученые изучили два активных вещества (анод из тетрахлорида пропилвиологена и катод из дихлорида ферроцена), а также шесть электролитов (соляная кислота, сульфат натрия, серная кислота, хлорид натрия, метансульфоновая кислота, метансульфонат натрия) при кислом и нейтральным pH. Им удалось обнаружить, что универсальный дескриптор, который они использовали, указывает на комбинации с наиболее подходящими химическими характеристиками (высокое напряжение холостого хода и низкая поляризация разряда).

Санкарасубраманян сказал, что дескриптор (энергия реорганизации растворителя) позволил им показать, что электролиты с низким pH, а также противоионами сульфоната метана или хлорида подходят для данной системы лучше всего. И самое главное, что он позволил сделать это в течение всего 1 часа экспериментов в лаборатории. А обычно на это уходят дни или даже недели.

В опубликованном документе приводятся результаты ограниченного числа комбинаций. Шарма объясняет это тем, что дескриптор может быть обобщен, поскольку он основывается на фундаментальной связи между электролитами и активными веществами. Он также коррелирует транспортные и кинетические свойства в системе. Такой универсальный метод прогнозирования наиболее подходящих электролитов для активного органического вещества позволит более эффективно разрабатывать новые электрохимические системы для аккумуляторов. Исследователи говорят, что хранение энергии в масштабах национальной электрической сети обязательно, когда большинство источников энергии являются солнечными и ветряными электростанциями, поскольку они прерывисто вырабатывают электричество.