Ученые из США разработали новые проточные щелочные батареи, которые, как они надеются, сможет разрешать непростую проблему хранения энергии из возобновляемых источников, таких как ветер и Солнце. Производительность новой батареи сравнима с нынешними коммерческими проточными аккумуляторами, но в их производстве используются более дешевые и нетоксичные органические молекулы. В отличие от обычных проточных аккумуляторов, которые используют дорогие и опасные растворы переходных металлов.
Солнечная и ветровая энергия является растущей проблемой для крупных заводов, поскольку спрос на чистую энергетику все больше, но данный вид энергии имеет очень непостоянную природу. А единственным способом заставить мир перестать использовать ископаемое топливо является необходимость придумать способ длительного хранения солнечной энергии, а также новый метод эффективной интеграции возобновляемых источников электричества в национальную энергетическую стратегию.
Батареи – единственная на сегодняшний день технология, с помощью которой можно достаточно долго хранить электричество, но рынок наводнен различными продуктами, от литий-ионных аккумуляторов до свинцово-кислотных, которые являются дорогостоящими и потенциально опасными в промышленных масштабах. К тому же, они не способы накапливать энергию в течение длительного периода.
— Проточные батареи значительно отличаются от обычных батарей. Главная особенность кроется в том, что они более адаптированы для хранения большого объема энергии, — комментирует Роберт Савинелл эксперт по хранению энергию из Университета Кейс Вестерн Резерв.
Проточный аккумулятор напоминает топливный элемент, где обычно газовые потоки водорода и кислорода попадают в устройство преобразования энергии, которое разделено мембраной и у вас есть два электрода. Но, в случае с проточной батареей положительные и отрицательные жидкий электролит перекачиваются в емкость из отдельных резервуаров. Позитивный электролит отдает электроны, которые проходят через внешнюю цепь, чтобы объединить с отрицательно заряженным электролитом, в то время как катионы из электрода могут свободно пройти через ионообменную мембрану. Во время этого процесс зарядки электролиты могут быть сохранены во внешних резервуарах и перекачаны в резерв через центральную батарею для разрядки, — поясняет Михаэль из Университета Колорадо Боулдер.
Это делает проточные батареи, легко масштабируемой и гибкой системой, поскольку время разряда зависит только от размеров внешних резервуаров электролита, а не от количества батарей, — достаточно одной.
Однако, как обычные проточные батарей содержат дорогие и опасные: используются растворенные в серной кислоте ионы ванадия.
Маршак и его коллеги решили заменить эти компоненты на более дешевыми и нетоксичных соединениями в щелочном растворе. Команда растворяет коммерчески доступные органические молекулы, такие как 2,6-dihydroxyanthraquinone и ферроцианид, обычно используемый в качестве пищевой добавки, в двух отдельных растворах гидроксида калия 1М и прокачивает их через проточную ячейку, изготовленную из пластин графита и электродов углеродной бумаги. Ячейка выполняет функции своего аналога из ванадия и работает при 1,2 В, чего вполне достаточно для работы в коммерческих масштабах.
Новые проточные щелочные аккумуляторы более стабильные: они могут работать при более высоких напряжениях и стойки к коррозии.