Розробка фахівців Тихоокеанської північно-західної національної лабораторії Міністерства енергетики дасть змогу зберегти високу ефективність під час тисячі циклів заряджання. Про це йдеться у науковій статті, опублікованій на сторінках журналу Nature.
Дослідники зі США перепрофілювали звичайну хімічну речовину, що використовується на водоочисних спорудах, для великомасштабного зберігання енергії в новій конструкції батареї.
Лабораторна проточна батарея на основі заліза продемонструвала стабільність протягом тисячі послідовних циклів зарядки, зберігаючи при цьому 98,7% своєї максимальної місткості, зазначає видання ScienceDaily. Для порівняння, попередні дослідження аналогічних батарей на основі заліза показали погіршення зарядної місткості на два порядки вище за меншої кількості циклів заряджання.
Проточні батареї на основі заліза, призначені для великомасштабного зберігання енергії, існують з 1980-х років. У нової батареї є велика відмінність: вона зберігає енергію в унікальній рідкій хімічній формулі, яка поєднує заряджене залізо з рідким електролітом на основі фосфату з нейтральним pH або енергоносієм. Ця хімічна речовина називається азотистим трифосфонатом, нітрилотриметилфосфоновою кислотою або NTMPA. Вона комерційно доступна в промислових кількостях, оскільки зазвичай використовується для зменшення корозії на водоочисних спорудах.
Фосфонати, включно з NTMPA, являють собою широке хімічне сімейство, засноване на фосфорі. Багато фосфонатів розчиняються у воді та є нетоксичними хімічними речовинами, які використовуються, серед іншого, у добривах і мийних засобах.
За словами дослідників, їхня початкова конструкція досягає щільності енергії до 9 Втч/л. Для порівняння, комерційні системи на основі ванадію більш ніж удвічі енергоємніші – 25 Втч/л. Батареї з вищою щільністю енергії можуть зберігати більше енергії на меншій площі. Але систему, побудовану з доступних матеріалів, можна масштабувати для забезпечення тієї ж вихідної енергії. Ванадій, на відміну від фосфонатів, дуже рідкісний компонент.
Проточні батареї складаються з двох камер, кожна з яких заповнена різною рідиною. Батареї заряджаються за допомогою електрохімічної реакції й зберігають енергію в хімічних зв’язках. При підключенні до зовнішнього ланцюга вони виділяють енергію, яка може живити електричні пристрої. У проточних батарей є два резервуари з рідиною, яка постійно циркулює і подає електроліт у систему батареї. Це гарантує безперервне «кровопостачання» акумуляторної системи. Чим більший резервуар для подачі електроліту, тим більше енергії може бути збережено в проточній батареї.
Проточні батареї можуть слугувати резервними генераторами для електромережі. Їхня перевага в тому, що їх можна побудувати в будь-якому масштабі: від габаритів лабораторного столу до розміру міського кварталу.
У найближчому майбутньому оператори енергетичних мереж прагнуть розміщувати системи акумуляторного зберігання енергії в міських і приміських районах поруч зі споживачами. Однак для містобудівників важливо розв’язати проблеми безпеки для споживачів.
Нова батарейна система працює з нейтральним pH у воді, тому вона безпечна у використанні. Крім того, в батареї використовуються комерційно доступні реагенти. Це робить такі системи більш доступними та зручними для використання в енергетичній інфраструктурі міст.