Исследователи PNNL обнаружили, что растворение простого сахара в электролите в проточной батарее увеличивает пиковую выходную мощность на впечатляющие 60%. Более того, после годичной непрерывной работы батарея практически не потеряла своей емкости.
Проточные батареи — ну, во всяком случае, большинство проточных батарей — это не те вещи, которые вы ожидаете найти в автомобиле или ноутбуке. Как правило, они лучше всего подходят для крупных и длительных работ по хранению энергии, поэтому в последние годы к ним был большой интерес, поскольку города изо всех сил пытаются решить, как сгладить ежедневную, сезонную и связанную с погодой прерывистость возобновляемых источников энергии. источники энергии.
Как правило, они состоят из двух жидкостей, анолита и католита, которые хранятся отдельно, а затем прокачиваются через обе стороны ионоселективной мембраны для создания тока, когда требуется энергия. Это дает определенные преимущества; вы можете «заправить» свою систему, например, заменив отработанный электролит заряженным электролитом, или вы можете зарядить его, используя энергию сети, чтобы обратить вспять цикл разряда.
Исследователи Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории первыми попытались растворить сахар под названием β-циклодекстрин в анолите клетки, надеясь, что это поможет решить совершенно другую проблему. Они не ожидали, что это перезарядит батарею: «Мы искали простой способ растворить больше флуоренола в нашем электролите на водной основе», — сказал Руожу Фэн, первый автор нового исследования. «В этом скромно помог β-циклодекстрин, но его реальная польза заключалась в его удивительной каталитической способности».
Ионоселективная мембрана позволяет положительно заряженным ионам перемещаться между двумя электролитами во время циклов заряда и разряда, заставляя электроны проходить через внешние пластины и через цепь. Добавка β-циклодекстрина, производная крахмала, показанная здесь розовым цветом, значительно ускоряет эту реакцию. движение отрицательно заряженных электронов к клеточной мембране и через нее. После некоторой настройки им удалось увеличить скорость реакции и, следовательно, эффективный уровень заряда батареи на колоссальные 60%.
Эти сахара полностью растворяются в электролите, в отличие, например, от технологии аккумуляторных батарей Influit Flow, которая была создана в результате исследований Illinois Tech. Influit использует крошечные твердые наночастицы активного материала оксида металла, взвешенные в вязкой жидкости, и заявляет, что ее батареи достаточно быстрые, чтобы их можно было использовать в автомобилях, с плотностью энергии полной системы в 4-5 раз выше, чем у современных литиевых батарей.
«Это совершенно новый подход к разработке электролита для проточных аккумуляторов», — сказал Вей Ван, давний исследователь аккумуляторов PNNL и главный исследователь исследования. «Мы показали, что можно использовать совершенно другой тип катализатора, предназначенный для ускорения преобразования энергии. Кроме того, поскольку он растворяется в жидком электролите, исключается возможность смещения твердых частиц и загрязнения системы».
Новый электролит… Выглядит не очень интересно. Андреа Старр/PNNL
После того, как выходная мощность была оптимизирована, команда приступила к испытаниям на долговечность, чтобы выяснить, повлияет ли сахарная добавка на срок службы электролита. Исследователи непрерывно заряжали и разряжали батарею более года, останавливаясь только тогда, когда сломалась пластиковая трубка, и были удивлены, обнаружив только незначительную потерю емкости.
Стоит отметить, что проточные батареи обычно служат намного дольше, чем литиевые, но даже в этом случае, по словам исследователей, это первый случай, когда любая проточная батарея, известная в опубликованных научных публикациях, когда-либо продемонстрировала такой вид. долговечность.
Как организация, PNNL активно занимается решением проблемы хранения энергии на уровне сети, и в 2024 году должна открыться «Панель запуска сетевого хранения». Команда подала заявку на патенты на новую технологию. , а также начинает испытывать другие подобные соединения, которые могут выполнять ту же работу еще лучше.
Исследование опубликовано в журнале Joule.
