Надежный накопитель энергии должен удерживать заряд не менее восьми часов и отдавать его как можно быстрее при возникновении необходимости. В этой области ведущей технологией считается проточная редокс-батарея. Южнокорейские исследователи обнаружили альтернативу ванадию, важному компоненту проточных батарей. Оказывается, этот металл, который добывают из ванадиевых руд, можно легко заменить на более доступные молекулы углерода и кислорода.

Проточные редокс-батареи выгодно отличаются от литий-ионных гибкостью конфигурации: их легко модифицировать под изменяющиеся условия добавлением ячеек или электролита. Также у них больше срок службы, а их компоненты менее токсичны. Однако ванадий, который применяется в этих батареях, хоть и встречается в природе чаще, чем литий, тоже может быть труднодоступен для некоторых стран.

Для того чтобы проточные батареи не повторили судьбу литий-ионных и не стали слишком дорогими, ученые пытаются найти альтернативные замены ванадию, рассказывает IE. И находят его в виологенах. Это органические соединения, в состав которых входят такие элементы, как углерод и кислород. Правда, предыдущие исследования по замене ванадия на виологены сталкивались с проблемой низкой растворимости соединения в электролите, которая ведет к сниженной плотности энергии и нестабильности процессов заряда и разряда.

Решением этой проблемы стало добавление функциональных групп сульфоната и сложного эфира, которые не только облегчили растворимость, но и помогли избавиться от другого недостатка виологенов: иногда два слоя виологенов комбинируются таким образом, что не могут удержать заряд. Для предотвращения этой проблемы ученые добавили альфа-метиловую функциональную группу.

В результате плотность энергии в проточной редокс-батарее возросла в два раза по сравнению с ванадиевой проточной батареей. После 200 циклов полной разрядки прототип показал 99,7 % эффективности и 92,4 % сохранения емкости, что указывает на улучшение производительности и стабильности аккумулятора.

Исследование ученых из Корейского института энергетики было опубликовано в журнале ACS Applied Materials and Interfaces.