Проточные или окислительно-восстановительные батареи являются весьма перспективной технологией для хранения возобновляемой энергии. Они хранят энергию в жидкостях внутри резервуаров, которые могут быть увеличены по мере роста потребления энергии. Однако такие батареи содержат редкие металлы и стоят очень дорого. Ученые из Гронингенского университета (Нидерланды) разработали электролит для проточных батарей, который решает обе проблемы.

Проточные батареи являются весьма перспективной технологией для хранения возобновляемой энергии. Ученые разработали новый материал, который может сделать их работу еще более эффективной. Depositphotos

 

Поскольку энергия возобновляемых источников прерывиста по своей природе, ее применение в энергосистемах требует использования крупномасштабных накопителей. Проточные батареи являются довольно перспективной разработкой, поскольку в них используется жидкий электролит, благодаря чему энергия может храниться в резервуарах в течение нескольких месяцев. При этом химическая энергия преобразуется в электричество в момент прохождения жидкости через специальную мембрану между двумя резервуарами. Традиционные технологии в качестве источника электролита используют дефицитный и дорогой металл ванадий, что ставит под сомнение их жизнеспособность в качестве долгосрочного подхода.

Ученые из Гронингенского университета в Нидерландах разработали другой тип проточной батареи, которая не только использует органическую молекулу вместо ванадия, но и имеет симметричную форму. Два резервуара в проточной батарее обычно содержат разные по составу жидкости, однако ученым удалось разработать симметричную конструкцию, которая использует гибридные молекулы, несмотря на то, что при этом быстро снижалась производительности устройства.

Схематическое изображение проточной окислительно-восстановительной батареи. Растворы электролита перекачиваются из резервуаров для хранения через электрохимическую ячейку, где происходит процесс заряда и разряда. | Иллюстрация Э. Оттена, Гронингенский университет    

 

"Недостаток этого подхода в том, что с каждой стороны используется только одна часть молекулы", - говорит Эдвин Оттен, доцент кафедры молекулярной неорганической химии Гронингенского университета. "И во время работы появляются реактивные радикалы, которые со временем разрушаются. Это приводит к неустойчивой работе устройства".

Специалисты искали такую молекулу, которая бы решила проблему стабильности и одновременно могла бы принимать и отдавать электроны, исключая необходимость в гибридном подходе. Эксперты нашли решение, используя так называемый радикал Блаттера, который представляет собой биполярное органическое соединение с высоким коэффициентом  стабильности. Этот компонент был добавлен в тестовую электрохимическую ячейку, на примере которой ученые доказали его жизнеспособность, выполнив 275 циклов перезарядки.

"Нам необходимо поднять этот показатель до тысяч циклов, и, тем не менее, наши эксперименты являются доказательством концепции", - сказал Оттен. "Можно сделать симметричную проточную батарею, обладающую хорошей стабильностью".

Ученые говорят, что молекула радикалов Блаттера довольно проста в изготовлении и ее производство для промышленного использования вполне реально, но сначала потребуется разработать ее водорастворимую форму для использования в проточных батареях, а затем провести более масштабные испытания.

"Решающим моментом является проверка стабильности наших материалов для коммерческого применения", - говорит Оттен.

Исследование было опубликовано в журнале Американского химического общества.

Источники: Университет Гронингена

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.1c13543

 https://www.rug.nl/sciencelinx/nieuws/2022/03/new-flow-battery-stores-power-in-simple-organic-compound