Проточные батареи — аккумуляторы будущего

Наука и технологии / ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ Гарвардские ученые создали проточную батарею, способную работать десять лет при минимальном обслуживании
Иллюстрация: КОНСТАНТИН БАТЫНКОВ

По прогнозу Международного энергетического агентства (IEA), к 2030 году доля возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в мировой энергетике увеличится на 10% и составит 32%. Таким образом, ВИЭ станут лидерами в мировом энергобалансе. Однако это вопрос будущего — пока доля возобновляемых источников невелика. Даже в США, которые являются одним из лидеров в использовании альтернативных источников энергии, в 2016 году только 9,8% потребностей в энергии покрывалось за счет возобновляемой энергетики. Это обусловлено прежде всего качественными характеристиками нового оборудования, которое входит в инфраструктуру всей системы альтернативной энергетики: стоимостью материалов, из которых это оборудование изготавливается, их износостойкостью и коэффициентом полезного действия. Один из важнейших элементов этой инфраструктуры —проточные батареи, устройства, которые позволяют накапливать энергию в моменты, когда природные условия благоприятствуют этому (например, много солнца), и тратить ее в те периоды, когда она нужна людям. Проточные батареи настолько важны, что большинство экспертов в области будущего называют их в числе самых важных технологий для энергетики будущего.

Просто добавь воды

Коллектив ученых Гарвардской инженерной школы SEAS под руководством профессора Майкла Азиза создал новую проточную батарею, способную работать десять лет при минимальном обслуживании. В этом проточном аккумуляторе энергия сохраняется в органических молекулах, растворенных в воде, обладающей нейтральной кислотностью.

Проточные батареи работают следующим образом. Жидкий электролит, представляющий собой раствор солей металлов, прокачивают через ядро, которое состоит из положительного и отрицательного электродов, разделенных мембраной. Возникающий между катодом и анодом ионный обмен приводит к выработке электричества. Это делает проточные батареи чрезвычайно гибкими: их объем может быть изменен путем увеличения размера резервуаров, а выходная мощность может изменяться путем регулирования площади мембраны. Проточная батарея также может бездействовать в течение долгого времени без потери заряда и вне зависимости от экстремальных температур.

Но пока все проточные батареи обладают общим недостатком: после определенного числа циклов зарядки-разрядки им требуется замена электролита для поддержания емкости. К тому же в таких батареях в качестве электролитов обычно используются ванадий и бром, растворенные в кислоте. Такая комбинация эффективна, но она опасна, токсична и дорого стоит.

100 долларов за киловатт

Гарвардские ученые модифицировали структуру молекул, которые используются в положительных и отрицательных электролитных растворах (виологенов и ферроценов), и, сделав их растворимыми в воде, создали аккумулятор, теряющий всего 1% емкости на тысячу перезарядок.

Поскольку электролиты растворены в воде, такую батарею вполне можно установить в подвале дома. Если раствор прольется на пол, он не разъест цемент, а раз жидкость не вызывает коррозию, для изготовления цистерн и другого о

Билл Гейтс 38-02.jpg ТАСС
Билл Гейтс
ТАСС

 

Проточные батареи относятся к числу трех самых интересных и многообещающих разработок будущего. Они способны принципиально изменить энергетическую структуру мирового хозяйства