14 нояб.2023 г. (Новости Наноуэрк) Две цветные жидкости, пузырящиеся в трубках: так выглядит батарея будущего? Исследователь Empa Дэвид Ребер намеревался ответить на этот вопрос в течение следующих четырех лет при поддержке гранта Ambizione от Швейцарского национального научного фонда (SNSF). Так называемые проточные окислительно-восстановительные батареи известны с 1970-х годов. В отличие от обычных литий-ионных аккумуляторов, они хранят энергию не в твердых электродах, а в резервуарах с растворами жидких электролитов. Процесс зарядки и разрядки не происходит в самих резервуарах; вместо этого электролиты прокачиваются через электрохимическую ячейку. Жидкие батареи непрактичны для сотовых телефонов, ноутбуков или автомобилей. Но они очень перспективны для стационарных решений хранения. Поскольку энергия хранится за пределами фактического элемента, проточные батареи могут выиграть от простого и целенаправленного масштабирования. Электрохимический элемент большего размера ускоряет зарядку и разрядку аккумулятора, а резервуары с электролитом большего размера позволяют хранить больше энергии. «Поскольку мы будем использовать больше возобновляемой энергии, нам потребуется хранение энергии в больших масштабах – даже в городских районах», – говорит Ребер. Еще один момент для проточных батарей: если используются электролиты на водной основе, они практически негорючи, в отличие от обычных литий-ионных батарей.

Плотность энергии, переданная на аутсорсинг

Тем не менее, технология еще не прижилась. Ребер знает главную проблему: «Проточные батареи имеют плотность энергии примерно в десять раз ниже, чем батареи, изготовленные из твердых аккумуляторных материалов», — объясняет он. Чем больше аккумулирующего материала может быть растворено в электролите, тем выше плотность энергии проточной батареи. «Однако высокие концентрации загущают раствор, и вам нужно гораздо больше энергии, чтобы прокачать его через клетку», — говорит исследователь. Проточные аккумуляторы отделяют процесс зарядки от накопления энергии. (Изображение: Empa) Теперь Ребер хочет решить именно эту проблему в своей работе в лаборатории Empa «Материалы для преобразования энергии» – используя необычный подход. В то время как большинство проектов по проточным батареям сосредоточены на лучшей растворимости материалов для хранения, он хочет полностью отделить накопление энергии от раствора электролита. «Мое видение состоит в том, чтобы разработать своего рода гибрид проточной батареи и литий-ионной батареи», — говорит он. Для этого Ребер хочет добавить в бак проточной батареи твердые аккумуляторные материалы, например те, которые используются в батареях сотовых телефонов. «Если растворенный материал и твердый материал-накопитель точно совпадают, они могут передавать энергию друг другу», — уточняет Ребер. «Это позволяет сочетать масштабируемость проточных батарей с высокой плотностью энергии батарей с твердыми аккумуляторными материалами».

Требуются: подходящие материалы.

Но сначала исследователю необходимо найти подходящие пары материалов, которые обеспечивают энергетический обмен, оставаясь при этом стабильными в течение длительного периода времени. «В идеале проточная окислительно-восстановительная батарея должна проработать около 20 лет», — говорит он. Совместимость пары материалов зависит от так называемого окислительно-восстановительного потенциала веществ: при каком напряжении они отдают или принимают электроны. «Я уже имею в виду несколько возможных пар», — говорит Ребер. А если многообещающая пара не совсем подходит, ее окислительно-восстановительным потенциалом можно манипулировать с помощью определенных химических изменений. Одна из идей Ребера состоит в том, чтобы использовать в качестве растворенного материала-хранилища хелат: многоплечую органическую молекулу, которая «обертывается» вокруг иона металла. В зависимости от того, сколько плеч у органической молекулы – лиганда, меняется окислительно-восстановительный потенциал. Ребер уже проводил исследования проточных окислительно-восстановительных батарей на основе хелатных соединений во время своего постдокторского периода в Университете Колорадо в Боулдере, за что он получит престижную награду Postdoc Award Отдела батарей на ежегодном собрании Электрохимического общества в Гетеборге в октябре. К концу четырехлетнего периода финансирования Ambizione Ребер надеется получить хорошо функционирующую батарею с дополнительным надежным хранилищем. «Если этот подход сработает, потенциальные применения будут очень разнообразными», — говорит он. Например, компактные проточные батареи с гибким форм-фактором было бы гораздо проще интегрировать в городских условиях. «Все, что для этого потребуется, — это насосы и несколько труб», — добавляет исследователь.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=64048.php