Учёные из Китая создали водную железную батарею со сроком службы 16 лет
Литий-ионные аккумуляторы окружают нас повсюду, но их стоимость, проблемы с цепочкой поставок и риск возгораний делают эту технологию неидеальной для крупномасштабного хранения энергии.
Китайские исследователи представили возможную альтернативу – полностью железную проточную батарею на дешёвых и распространённых материалах с водным электролитом, который не способен взорваться.
Команда из Китайской академии наук разработала щелочную полностью железную проточную батарею, выдержавшую более 6000 циклов заряда-разряда без заметного снижения ёмкости. Работа опубликована в журнале Advanced Energy Materials.
По оценкам учёных, такой ресурс эквивалентен примерно 16 годам ежедневной эксплуатации.
Железо – один из самых распространённых элементов на Земле, и в сыром виде оно почти в 80 раз дешевле лития. Это не значит, что готовая железно-проточная система будет в 80 раз дешевле литий-ионного аналога, ведь баки, мембраны, насосы и силовая электроника стоят денег. Однако технология способна снизить главную материальную статью расходов в системах долговременного хранения.
Проточные батареи устроены иначе, чем ячейки в ноутбуках, смартфонах или электромобилях. Жидкие электролиты хранятся во внешних баках и прокачиваются через ячеистый стек.
Чтобы увеличить ёмкость, достаточно построить баки побольше – это делает технологию привлекательной для солнечных и ветровых электростанций, но не для гаджетов, которые должны помещаться в карман.
Полностью железные проточные батареи изучают давно, но их сдерживали деградация, плохая обратимость и кроссовер электролита – переход активных веществ через мембрану, со временем подрывающий характеристики.
Для преодоления недостатков исследователи переработали отрицательный электролит на молекулярном уровне. Команда начала с 12 органических лигандов, создала 11 железных комплексов и выделила самое стабильное соединение под обозначением [Fe(HPF)BHS]4-. Его громоздкая структура защищает атом железа, а отрицательно заряженные группы отталкивают гидроксидные ионы и снижают кроссовер.
В тестах батарея работала при 80 мА/см² более 6000 циклов со средним кулоновским КПД 99,4%. Под более высокой нагрузкой пиковая удельная мощность достигла 392,1 мВт/см² при энергетической эффективности 78,5%.
Водный электролит исключает горючие органические растворители, применяемые в литий-ионных батареях, и снимает тепловой риск, который приводит к возгораниям и взрывам.
Правда, без оговорок не обошлось – лабораторные результаты не всегда переносятся на коммерческие системы, а о пилотном проекте или плане производства пока не объявлено. Если же химия дойдёт до промышленных масштабов, дешёвое железо может всерьёз побороться за роль накопителя возобновляемой энергии – на те моменты, когда солнце не светит, а ветер не дует.
- Китай вводит жесточайшие стандарты безопасности для пауэрбанков
- Китайские ученые создали первую в мире работающую гидридно-ионную батарею
- В Китае создана революционная технология, которая превращает окна в солнечные батареи
Об авторе
