Ученые из Китая повысили энергоэффективность окислительно-восстановительных проточных аккумуляторов до 87,9 % и увеличили срок их службы до 850 циклов. Новый материал для электродов решает проблему медленных реакций и ограниченного ресурса редокс-батарей на основе полисульфида-йодида. Технология пригодится в системах хранения энергии, особенно в возобновляемой энергетике.
Исследователи из Университета Вэньчжоу и Гуансийского университета решили проблему медленной кинетики реакций и небольшого срока службы в проточных батареях с помощью нового каталитического электрода. Для его изготовления группа использовала двумерные нанопластины дисульфида молибдена (MoS2), модифицированные атомами кобальта (Co) и вакансиями серы (SV). В результате был синтезирован новый материал, получивший название CoSA-VS/MoS2.
Ключевая проблема проточных батарей — неэффективные многоступенчатые реакции переноса заряда в редокс-парах сульфид-ионов (S²⁻/Sₓ²⁻) и йодида (I⁻/I₃⁻). Как объяснили исследователи, эти процессы связаны с тремя недостатками: высокое поляризационное сопротивление, низкая кинетическая обратимость и потеря энергоэффективности. Все это ограничивает практическое применение технологии.
Новый материал улучшил характеристики электрода — оптимизировал электронную структуру поверхности, усилил адсорбцию реагентов и ускорил электрохимические реакции в редокс-парах сульфид-ионов и йодида.
Проточная батарея достигла рекордных показателей — энергоэффективности 87,9 % при плотности тока 20 мА/см², что значительно выше аналогов. В продолжительных испытаниях система показала стабильную работу. Пиковая мощность достигла 95,7 мВт/см², а средний КПД — 76,5 % при 30 мА/см² на протяжении 50 циклов.
Аккумулятор был стабилен и сохранял работоспособность в течение 850 циклов при плотности тока 10 мА/см² и уровне заряда (SOC) в 10 %. Перенапряжение составило всего 113 мВ при 20 мА/см². После 200 и 600 циклов первоначальный КПД 93,1% почти полностью восстанавливался при замене электролита.
Разработка позволит создавать надежные и производительные системы хранения энергии, что особенно важно для альтернативной энергетики, где такие накопители — ключевой элемент.
