З кожним роком людство отримує все більше енергії з відновлюваних джерел. Але на тлі стрімкого поширення сонячних і вітряних електростанцій виникає проблема ефективного зберігання отриманої електроенергії в піковий період, коли дме вітер і світить Сонце. Адже далеко не завжди необхідно відразу передати його споживачам.
У таких випадках в першу чергу на думку спадають звичні свинцево-кислотні і літієво-іонні акумулятори, але, на жаль, вони мають істотні недоліки. Так, батареї першого типу мають вкрай обмежену ємність, до того ж вони дуже об'ємні і дорогі. Літієво-іонні акумулятори добре підходять для портативної електроніки і навіть для електромобілів, але схильність до перегріву (цю проблему вирішують з перемінним успіхом ) Робить їх малопридатними для використання на великих промислових об'єктах.
Справжнім проривом в цій області може стати розвиток нових проточних батарей ( flow battery ), Які принципово відрізняються від використовуваних сьогодні джерел енергії.
У звичайних акумуляторах електричний заряд знаходиться в твердому електроді (аноді). При розрядці електрони залишають анод, живлять зовнішню мережу і переходять до другого електроду - катода, а при зарядці слідують в зворотному напрямку.
У проточних батареях реакції проходять в двох резервуарах з рідкими електролітами. Вміст одного відділення циркулює навколо анода, іншого - навколо катода. При цьому катод, анод і рідини розділені напівпроникною мембраною, і іони з одного відділення поступово перетікають в інший. Ємність такого акумулятора визначається виключно обсягом резервуарів, а вихідна потужність залежить від площі мембрани. Таким чином, проточні батареї не мають жорстких лімітів і можуть бути масштабовані для зберігання дуже великої кількості енергії.
На сьогоднішній день найбільш передовими акумуляторами проточного типу вважаються ванадієві окислювально-відновні батареї (VRB), які "зберігають заряд" в іонах ванадію, що містяться в розчині на водній основі.
Іони ванадію стабільні і можуть довго циркулювати через мембрану без небажаних побічних явищ. Але проблема полягає в тому, що вартість ванадій досить висока, а питома енергоємність (кількість енергії, що запасається на літр електроліту) VRB залишається на низькому рівні.
У попередніх дослідженнях вчені шукали спосіб замінити дорогий компонент більш доступними речовинами, наприклад, розчином сірчаної кислоти з включенням Хирону .
Тепер Доктор Цин Ван ( Qing Wang ) З Національного університету Сінгапуру і його колеги розробили новий тип проточної батареї, в відділеннях якої одночасно містяться рідкі і тверді електроліти. Вчені помістили всередину одного відділення гранули поширеного катодного матеріалу - фосфату літію-заліза, а в анодний резервуар додали діоксид титану.
Потім вони використовували переносять заряд рідини, відомі як окислювально-відновні медіатори, щоб переправляти заряджені іони з пір твердого електроліту в розділений мембраною реакційний посудину. При цьому вчені доповнили мембрану спеціальним полімером, щоб вона пропускала іони літію, але затримувала молекули медіатора. На протилежному боці мембрани іони підхоплюють інші медіатори і переносять їх до гранул діоксиду титану, де ті осідають у вигляді металевого літію.
Коли батарея розряджена, реакція протікає в зворотному напрямку, і літій повертається в катодного відділення. Завдяки впровадженню твердих матеріалів, питома ємність нової батареї склала 500 ват-годин на один літр електроліту, що в 10 разів більше, ніж в попередніх моделях VRB.
Експерти відзначають, що при очевидній важливості роботи, опублікованій в журналі Science Advances , У новій батареї є істотний недолік у вигляді низької потужності. Допрацьована мембрана стримує потік іонів літію і уповільнює час зарядки і розрядки батареї. За словами Вана, існуюча версія акумулятора прекрасно підходить для зберігання енергії, виробленої на електростанціях. Але для використання в інших областях, наприклад, в електричних автомобілях, пристрій має бути вдосконалене.
