Щелочной аккумулятор для возобновляемых источников энергии

Содержание

Источник: http://www.chemport.ru/datenews.php?news=4047

Исследователи из США разработали щелочной потоковый аккумулятор, который, как они надеются, поможет решить достаточно сложную проблему запасания энергии, вырабатывающейся источниками возобновляемой энергии – ветряными и солнечными электростанциями.

потоковый источник питания может запасать энергию от возобновляемых источников

Новый потоковый аккумулятор может запасать энергию от возобновляемых источников, используя дешевые органические соединения. (Рисунок из Science, щелкнуть для увеличения)

Производительность нового источника питания сравнима с производительностью современных коммерческих потоковых источников, однако в данном устройстве используются дешевые и нетоксичные органические молекулы, что отличает их в выгодную сторону от обычных поточных аккумуляторов.

Доля солнечных и ветровых электростанций в выработке энергии постоянно растет, однако проблема, которую нужно решать, заключается в необходимости синхронизации потребления энергии и ее выработки, которая для возобновляемых источников энергии может зависеть от сезонных факторов. Одним из способов решения такой проблемы является долгосрочное хранение электроэнергии, а решить эту проблему могут аккумуляторы. В настоящий момент на рынке существует большое количество аккумуляторов, от литий-ионных до свинцово-сернокислотных, которые отличаются высокой стоимостью, небезопасны для применения в промышленных масштабах, а также не в состоянии хранить энергию в течение длительного времени. Таким образом, необходима разработка альтернативных способов запасания энергии.

Роберт Савинелл (Robert Savinell) из Университета Западного Резерва, специалист по электрохимическим устройствам запасания энергии, не принимавший участие в исследовании, отмечает, что потоковые аккумуляторы отличаются от обычных источников питания.

Руководитель исследования Майкл Маршак (Michael Marshak) заявляет, что потоковая батарея близка по строению к топливной ячейке, в которой потоки газообразных водорода и кислорода попадают в устройство конверсии энергии, где два электрода разделены мембраной. Разница между двумя устройствами заключается в том, что в случае потоковой батареи мембрана разделяет положительно и отрицательно заряженные электролиты, которые подаются в аккумулятор через раздельные резервуары. Отрицательно заряженный электролит отдает электроны, которые проходят по внешней электрической схеме, комбинируясь с катионами из положительно заряженного электролита, свободно диссоциирующими через мембрану. Этот процесс представляет собой зарядку, после которой электролиты можно хранить во внешних резервуарах. Поскольку течение жидких систем через батарею можно осуществлять в любом направлении, в ходе разрядки/питания батарей электрического устройства электролиты могут быть просто поданы в направлении обратном тому, в котором они подавались при зарядке.

Маршак считает, что такое устройство потоковых аккумуляторов делает их масштабируемыми и адаптабельными под решение каких-либо определенных задач, тем более что время работы такого источника питания только удлиняется с увеличением размеров внешнего резервуара для электролита, и для запасания большого количества энергии нет необходимости в большом количестве аккумуляторов – достаточно только одного, но большого.

Однако в существующих в настоящее время на рынке потоковых аккумуляторах применяются дорогие и опасные электролиты. Наиболее представленный на рынке тип аккумулятора – ванадиевый аккумулятор, в котором используются ионы ванадия в сернокислотном растворе, а из-за высокой стоимости ванадия стоимость такого источника питания также весьма велика.

Маршак с коллегами решили заменить эти компоненты более дешевыми и доступными материалами, находящимися в щелочном растворе. Исследователи растворили коммерчески доступные соединения – 2,6-дигидроксиантрахинон и ферроцианид (оба они используются в качестве пищевых добавок) в двух резервуарах, содержащих одномолярный раствор гидроксида калия, и прокачивали эти растворы через потоковую ячейку, изготовленную из графитовых потоковых систем и бумажно-углеродных электродов. Полученный источник питания ведет себя подобно серно-ванадиевому аналогу, выдавая напряжение 1,2 В, которое попадает в интервал напряжений, достаточных для разговора о коммерциализации источника питания. Еще одним приятным сюрпризом для исследователей была значительная стабильность работы нового источника питания во времени – несмотря на обычное предубеждение о неустойчивости органических соединений, молекулы, выбранные исследователями для создания нового аккумулятора, демонстрируют значительную устойчивость и не стремятся разлагаться.

Источник: Science, 2015, DOI: 10.1126/science.aab3033

Наверх