Создана поточная батарея высокой ёмкости

Действующая модель новой проточной батареи

Мы уже писали об исследованиях поточных аккумуляторов и даже о промышленных изделиях. У всех поточных аккумуляторов есть неоспоримое преимущество — можно просто и недорого наращивать емкость. Но у них также есть и существенный недостаток — малая плотность энергии на единицу веса.

Обычно, в поточных батареях выработка энергии проходит в реакционной камере, куда подается жидкий электролит из в двух резервуаров. В одном отделении камеры электролит циркулирует вокруг анода, в другом – вокруг катода. При этом катод и анод разделены полупроницаемой мембраной, и ионы из одного отделения постепенно перетекают в другой. Ёмкость такого аккумулятора определяется исключительно объёмом резервуаров, а выходная мощность зависит от площади мембраны. Таким образом, поточные батареи не имеют жёстких лимитов и могут быть масштабированы для хранения очень большого количества энергии.
На сегодняшний день самыми передовыми аккумуляторами проточного типа считаются ванадиевые окислительно-восстановительные батареи (VRB), которые «хранят заряд» в ионах ванадия, содержащихся в растворе на водной основе. Ионы ванадия стабильны и могут долго циркулировать через мембрану без нежелательных побочных явлений. Но проблема состоит в том, что стоимость ванадий достаточно высока, а удельная энергоёмкость (количество запасаемой энергии на литр электролита) VRB остаётся на низком уровне.
В предыдущих исследованиях учёные искали способ заменить дорогостоящий компонент более доступными веществами, например, раствором серной кислоты с включением хинонов.

Теперь Доктор Цин Ван (Qing Wang) из Национального университета Сингапура и его коллеги разработали новый тип проточной батареи, в отделениях которой одновременно содержатся жидкие и твёрдые электролиты. Учёные поместили внутрь одного отделения гранулы распространённого катодного материала — фосфата лития-железа, а в анодный резервуар добавили диоксид титана.

Действующая модель новой проточной батареи

Действующая модель новой проточной батареи

Затем они использовали переносящие заряд жидкости, известные как окислительно-восстановительные медиаторы, чтобы переправлять заряженные ионы из пор твёрдого электролита в разделённый мембраной реакционный сосуд. При этом учёные дополнили мембрану специальным полимером, чтобы она пропускала ионы лития, но задерживала молекулы медиатора. На противоположной стороне мембраны ионы подхватывают другие медиаторы и переносят их к гранулам диоксида титана, где те оседают в виде металлического лития.

В отделениях новой проточной батареи помимо жидкости содержатся твёрдые гранулы фосфата лития-железо (слева) и диоксида титана<br>(иллюстрация Chuankun Jia et al.).

В отделениях новой поточной батареи помимо жидкости содержатся твёрдые гранулы фосфата лития-железо (слева) и диоксида титана (иллюстрация Chuankun Jia et al.).

Когда батарея разряжена, реакция протекает в обратном направлении, и литий возвращается в катодное отделение. Благодаря внедрению твёрдых материалов, удельная ёмкость новой батареи составила 500 ватт*часов на один литр электролита, что в 10 раз больше, чем в предыдущих моделях VRB.
Эксперты отмечают, что при очевидной важности работы, опубликованной в журнале Science Advances, у новой батареи есть существенный недостаток в виде низкой мощности. Доработанная мембрана сдерживает поток ионов лития и замедляет время зарядки и разрядки батареи. По словам Вана, существующая версия аккумулятора прекрасно подходит для хранения энергии, произведённой на электростанциях. Но для использования в других областях, например, в электрических автомобилях, устройство должно быть усовершенствовано.

Источник: sciencemag.org www.vesti.ru

 

Добавить комментарий


Почитать ещё по теме:


Гравитационный накопитель энергии
Недорогие органические аккумуляторы на водной основе
ячейка li-s
Литий-серные аккумуляторы принимают эстафету у литий-ионных
kvantovaya podlojka
«Квантовые батареи» готовы к массовому производству

Template design by Joule Watt © 2015 Домашняя энергетика