Созданы оптимальные проточные батареи для аккумуляции возобновляемой энергии
В недавном выпуске журнала Joule была описаны недорогие, высокопроизводительные конструкции проточных батарей, разработанные в Университете штата Колорадо в г. Боулдер (CU Boulder).
«Мы рады сообщить об одном из наиболее эффективных химических процессов в истории батарей, — сказал Майкл Маршак (Michael Marshak), старший автор исследования и доцент кафедры химии в CU Boulder. — Используемые материалы дёшевы, нетоксичны и общедоступны».
Преимущества новых батарей, по мнению разработчиков, могут сделать их частью масштабируемого решения для хранения энергии, которого в настоящее время не хватает растущей индустрии добычи электричества из возобновляемых источников. Такие устройства могли бы удовлетворять потребности в электроэнергии в те периоды, когда солнце не светит и ветер не дует.
Используемые сегодня почти повсеместно литий-ионные аккумуляторы имеют высокую эффективность однако масштабируются хуже, чем проточные батареи, жидкие активные ингредиенты которых хранятся раздельно в больших резервуарах. Кое где, например, в Японии, проточные батареи уже эксплуатируются десятилетиями, но высокие операционные расходы, большие габариты и относительно низкое рабочее напряжение мешают им получить по настоящему широкое распространение.
Ключевой находкой, определившей успех инженеров из Колорадо, стала комбинация органических связывающихся агентов — хелатов — с ионами хрома, стабилизирующая эффективный электролит.
«Некоторые экспериментировали с этим подходом раньше, но они не уделяли достаточного внимания связующим агентам, — пояснил Брайан Робб (Brian Robb), аспирант кафедры химических и биологических технологий. — Требовалось подобрать подходящий хелат для конкретного иона металла, и мы проделали большую работу, чтобы найти тот, который прочно связал бы их».
Найденный ими оптимальный хелат (PDTA) образует «щит» вокруг электронов хрома, предотвращая воздействие воды на реагент и обеспечивая увеличение среднего рабочего напряжения ячейки проточной батареи почти вдвое — до 2,13 вольт.
PDTA широко используется в производстве мыла, в консервантах пищевых продуктов и для антибактериальной обработки воды в городских системах водоснабжения. Водяной электролит на его основе имеет относительно низкую кислотность (pH 9), что упрощает его использование и утилизацию.
Маршал и Робб при участии CU Boulder Venture Partners оформили патентную заявку на своё изобретение. Они планируют продолжить совершенствовать эту систему. «Мы решили проблему на фундаментальном уровне, теперь предстоит много работы по расширению пределов производительности», — заявил Маршак.