Неустойчивое снабжение «зеленой» электроэнергией требует крупномасштабного хранения для поддержания стабильности электросетей. Поскольку стандартные аккумуляторы не подходят для масштабирования, концепция использования проточных аккумуляторов, хранящих энергию в жидкости, привлекательна. Однако эти батареи содержат редкие металлы и являются дорогостоящими. Исследователи из Университета Гронингена , Нидерланды, создали электролит для проточной батареи, который может решить обе проблемы. Их выводы были опубликованы в Журнале Американского химического общества 8 марта .

Проточные батареи не так уж отличаются от батарей, которые люди используют ежедневно. Основное отличие состоит в том, что энергия хранится в двух отдельных жидкостях с растворенными химическими веществами для хранения заряда.

Электричество накапливается (а затем разряжается) путем прокачки этих жидкостей через электрохимическую ячейку, которая содержит мембрану, через которую можно обменивать ионы. Энергоемкость батареи этого типа можно масштабировать, просто используя большие контейнеры для хранения жидкостей.

Дорого
В последнее время Китай развернул проточные батареи, чтобы уменьшить несогласованность в производстве экологически чистой электроэнергии.

Крупномасштабная емкость хранения необходима, когда прерывистые источники, такие как солнечная и ветровая энергия, становятся более заметными в структуре электроэнергии, поскольку сеть может быть дестабилизирована. Батарея, которую используют китайцы, была разработана в 1980-х годах и основана на растворе, содержащем ванадий.

Эдвин Оттен, адъюнкт-профессор молекулярно-неорганической химии Гронингенского университета

Этот металл добывается лишь в нескольких регионах на Земле. «Это означает, что поставка не всегда может быть гарантирована, и это довольно дорого», — объясняет Оттен.

Кроме того, для разделения двух жидкостей требуется особая мембрана, что также увеличивает затраты. Вот почему исследовательская группа Оттена вместе с коллегами из Университета Эйндховена (Нидерланды) и Технического университета Дании поставила перед собой цель разработать новый тип материала проточной батареи.

Блаттер Радикал
Мы хотели симметричную батарею, в которой оба резервуара содержат одну и ту же жидкость. Кроме того, мы хотели, чтобы он был основан на органической молекуле, а не на металле.

Эдвин Оттен, адъюнкт-профессор молекулярно-неорганической химии Гронингенского университета

Похожие истории
Расходомеры воды – как они работают
Технологии расходомеров и их применение
Ученые предлагают новую стратегию централизованного планирования батарей
Две стороны проточной батареи обычно содержат жидкости с разнообразным составом. Симметричные батареи были разработаны путем соединения молекул, находящихся с обеих сторон, и заполнения обоих контейнеров полученной гибридной молекулой.

«Недостаток этого подхода в том, что с обеих сторон используется только одна часть молекулы. А во время использования появляются реактивные радикалы, которые со временем разлагаются. Это делает стабильность проблемой».

Оттен и его коллеги применили другой метод. Они искали единственную стабильную молекулу, которая могла бы отдавать или принимать электроны и, таким образом, могла бы использоваться на любой стороне батареи. Наиболее подходящим соединением оказался радикал Блаттера, биполярное органическое соединение, которое может либо отдавать, либо принимать электрон в окислительно-восстановительной реакции.

«Молекула, которую мы выбрали, также была внутренне стабильна», — говорит Оттен.

Они проверили соединение в небольшой электрохимической ячейке. Он работал хорошо и оставался стабильным в течение 275 циклов зарядки/разрядки.

«Нам нужно довести это до тысяч циклов; однако наши эксперименты являются доказательством концепции. Можно сделать батарею с симметричным потоком, обладающую хорошей стабильностью».

Органический радикал Блаттера сравнительно легко изготовить, и хотя в настоящее время он не производится в промышленности, его можно увеличить.

Дисбаланс
Еще одним преимуществом нашей симметричной конструкции является то, что не будет большой проблемой, если какое-то наше соединение пересечет мембрану во время использования. Это может привести к немного большему объему в одном из резервуаров, но любой дисбаланс легко восстановить, просто поменяв полярность.

Эдвин Оттен, адъюнкт-профессор молекулярно-неорганической химии Гронингенского университета

Во время своих экспериментов команда продемонстрировала, что это действительно работает так, как предполагалось. Другие экспериментальные проекты симметричных батарей не были достаточно стабильны, чтобы достичь количества циклов, необходимого для доказательства этого.

Следующим шагом является разработка водорастворимой разновидности радикалов Блаттера. Большинство проточных ячеек разработаны для жидкостей на водной основе, поскольку вода недорога и негорюча.

« Аспиранты в моей группе уже работают над этим». Дополнительным шагом является повышение растворимости и стабильности радикала Блаттера и проверка этого в более широком масштабе.

Важнейшим испытанием является проверка того, будут ли наши соединения достаточно стабильны для коммерческого применения.

Эдвин Оттен, адъюнкт-профессор молекулярно-неорганической химии Гронингенского университета