Разработаны проточные батареи для сетевых хранилищ энергии
Разработаны цинк-бромные проточные батареи для сетевых хранилищ энергии. Они позволяют экономить на электричестве, выравнивая потребление: ночью накапливают энергию, а днем — отдают.
Проточные батареи — это перезаряжаемые системы, в которых энергия хранится в жидких электролитах во внешних резервуарах. Это делает их легко масштабируемыми и вполне безопасными. Особый интерес представляет их цинк-бромная версия — благодаря высокой плотности энергии и дешевизне материалов, что позволяет рассматривать их как потенциальную альтернативу традиционным аккумуляторам.
В таких батареях электричество запасается и отдается путем прокачки жидких растворов из внешних резервуаров через центральный реакционный модуль. При зарядке ионы цинка осаждаются на металлическом отрицательном электроде, а бромид-ионы окисляются до брома на положительном. При разряде реакции обращаются вспять: цинк растворяется обратно в жидкость, а бром восстанавливается до бромида, высвобождая запасенную электроэнергию.
Однако современные бромные проточные батареи не могут похвастаться надежностью. Выделяющийся при зарядке бром разрушает ключевые компоненты: электроды, трубопроводы и даже сами резервуары. Кроме того, он летуч и токсичен — даже небольшие утечки могут загрязнять воздух, раздражать слизистые оболочки и влиять на нервную систему.
В Даляньском институте химической физики Китайской академии наук нашли решение — применить молекулярную ловушку. В этой роли использовали сульфаминат натрия (SANa).
SANa инициировал реакцию диспропорционирования — окислительно-восстановительный процесс, связывающий газообразный бром в безопасный N-бромсульфамат натрия. Эта реакция снизила концентрацию свободного брома до приемлемого уровня около 7 ммоль/л.
Связывание брома «уловителем» привело и к полезному побочному эффекту —двухэлектронному переносу, позволившему батарее запасать гораздо больше энергии. Проточная батарея с добавкой SANa достигла плотности энергии 152 Вт·ч/л против 90 Вт·ч/л у обычных версий.
В качестве прототипа для экспериментов собрали пятикиловаттный блок из 30 последовательно соединенных ячеек. Результаты его испытаний опубликованы в журнале Nature Energy.
Новая конструкция обеспечила более 700 стабильных циклов работы. Кроме того, она обошлась дешевле, поскольку не требует дорогих устойчивых к коррозии мембран, насосов и резервуаров. Для сравнения, обычные батареи уже через 30 циклов резко теряют в производительности.
Исследователи надеются, что полученные результаты позволят создавать безопасные, долговечные и высокоемкие бромные батареи для применения в масштабных энергосистемах.
