Исследовательская команда из США сообщила о создании прорывной проточной батареи, оптимизированной под нужды крупных систем резервного питания. Добавив в рецепт обычный сахар, ученые добились высоких показателей пиковой мощности, емкости и долговечности: впервые батарея сохраняла работоспособность на протяжении года с лишним.
Проточная батарея состоит из двух камер, заполненных разным типом жидкостей. Она заряжается в процессе электрохимической реакции и накапливает энергию в химических связях. Присоединившись к внешней цепи, она выделяет энергию, которая может питать электрические устройства. Проточные батареи отличаются от твердотельных наличием внешних баков с жидкостью, циркуляция которой питает электролит, как кровь в кровеносной системе. Чем больше объем бака для электролита, тем больше энергии можно аккумулировать.
Считается, что крупные проточные батареи могут стать необходимой страховкой для энергосетей в ситуации пиковых нагрузок. Когда погодные условия или высокий спрос на электричество нарушают подачу энергии, запас в проточных аккумуляторах может минимизировать последствия аварии. Недостаток проточных батарей не столько в их большом объеме, но и в том, что современные коммерческие модели зачастую требуют наличия дорогих и труднодоступных минералов, таких как ванадий.
На страницах журнала Joule ученые Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории при Министерстве энергетики США описали новую архитектуру проточной бататеи. Главную роль в ней сыграл раствор бета-циклодекстрина, обычной глюкозы, которую получают из крахмала, он повысил срок службы и емкость проточной батареи. Сахар помог связать протоны, сбалансировав движение электронов в процессе разрядки, сообщает Science Daily.
После ряда экспериментов им удалось оптимизировать соотношение химических веществ в системе до увеличения пиковой мощности на 60 %.
Затем батарею подвергали разрядке и зарядке, повторяя циклы на протяжении года. Эксперимент был прекращен, только когда отказали пластиковые трубки. За это время батарея почти не потеряла способности к перезарядке. Впервые экспериментальная проточная батарея, проработавшая больше года, показала минимальные потери емкости.
Добавление бета-циклодекстрина ускорило химическую реакцию, которая накапливает, а затем выделяет энергию проточной батареи в ходе гомогенного катализа. Это значит, что сахар выполняют свою работу в растворенном виде, а не в виде твердой субстанции, нанесенной на поверхность.
Это совершенно новый подход к созданию электролита для проточной батареи. Ученые показали, что можно использовать совершенно разные типы катализаторов для ускорения преобразования энергии. А возможность растворения в жидком электролите позволяет избежать засорения системы.
