Дополнительная выгода: сахарный раствор повышает выходную мощность и долговечность проточных батарей

В новаторском исследовании Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) исследователи значительно улучшили емкость и срок службы проточных батарей, которые рекламируются как многообещающие решения для устойчивого и крупномасштабного хранения энергии. Добавив в электролит проточной батареи простой сахар под названием β-циклодекстрин, команде удалось увеличить пиковую выходную мощность на впечатляющие 60%. Примечательно, что аккумулятор сохранил почти всю свою емкость даже после года непрерывных циклов зарядки и разрядки.

Проточные аккумуляторы отличаются от обычных автомобильных аккумуляторов или аккумуляторов для ноутбуков, поскольку они универсальны и идеально подходят для длительного и масштабируемого хранения энергии. По мере того, как мир движется к возобновляемым источникам энергии, сетевое хранение энергии, обеспечиваемое проточными батареями, становится все более важным. Эта технология помогает сгладить перебои в поставках возобновляемой энергии, присущие ветровой, солнечной и гидроэлектростанциям, тем самым создавая более надежные энергосистемы.

Традиционная система проточных батарей состоит из двух разных жидких электролитов, хранящихся отдельно, которые циркулируют по обе стороны ионоселективной мембраны, создавая ток, когда необходима энергия. Одним из преимуществ данной системы является возможность ее «заправки» или подзарядки путем замены обедненных электролитов заряженными.

Исследователи PNNL, работающие совместно с исследователями из Йельского университета, решили растворить простой сахар β-циклодекстрин в анолите батареи (один тип электролита). Первоначально предназначенный для растворения большего количества флуоренола (типа органического соединения) в электролите на водной основе, сахар принес неожиданные преимущества.

В качестве первого катализатора, ускоряющего электрохимическую реакцию в проточных батареях при растворении в растворе (процесс, называемый «гомогенным катализом»), β-циклодекстрин обеспечил уникальный импульс. Он принимает положительно заряженные протоны, создавая баланс с отрицательно заряженными электронами, движущимися через клеточную мембрану. Это равновесие ускорило скорость реакции, увеличив уровень мощности батареи на целых 60%.

После оптимизации выходной мощности акцент сместился на долговечность. Фаза испытаний на долговечность включала непрерывную зарядку и разрядку аккумулятора в течение года. Через год использования они обнаружили, что батарея потеряла незначительную емкость, продемонстрировав необычайную долговечность, которая обычно уже превышает срок службы литиевых батарей.

Исследователи PNNL подали заявки на патенты и изучают другие подобные соединения, чтобы потенциально создать более эффективную систему. Это решение дает надежду на более устойчивое хранение энергии за счет использования обильных и легко синтезируемых соединений, что снижает зависимость от ограниченных и потенциально токсичных материалов.

Эта разработка является частью более широкой программы PNNL, предназначенной для решения проблем хранения энергии в масштабе сети, и ей будет в значительной степени способствовать предстоящий запуск панели запуска Grid Storage Launchpad PNNL в 2024 году. Примечательно, что это первый зарегистрированный случай использования проточной батареи, показывающий такую ​​​​долговечность в лабораторных условиях, открывая путь к глобальной трансформации наших возможностей хранения энергии.

Исследование протонно-регулируемого окисления спирта для анолита проточной батареи большой емкости на основе кетонов было опубликовано в журнале Joule.