Большинство проточных батарей не подходят для применения в бытовой технике и электронике — в ноутбуке или смартфоне вы их не встретите. Лучше всего они подходят для крупных и долговременных накопителей энергии, поэтому в последние годы к ним проявляют большой интерес, поскольку города пытаются решить, как сгладить ежедневные, сезонные и погодные изменения в работе возобновляемых источников энергии.
Простой сахар сделал проточные батареи мощными и долговечными
Исследователи обнаружили, что растворение простого сахара в электролите проточных батарей повышает их пиковую выходную мощность на поразительные 60%.
Андреа Старр / PNNL
Зачастую, пытаясь решить одну проблему, ученые находят решение совершенно другой.
Сахар в проточных батареях
Обычно проточные батареи состоят из двух жидкостей, анолита и католита, которые хранятся отдельно, а затем прокачиваются по обе стороны ионоселективной мембраны для создания тока, когда требуется энергия. Это дает определенные преимущества: например, вы можете «заправить» свою систему, заменив разряженный электролит на заряженный, или снова зарядить ее, используя сетевое питание.
Исследователи Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории первыми попробовали растворить сахар под названием β-циклодекстрин в анолите элемента, надеясь, что это поможет решить совершенно другую проблему. Они не ожидали, что это приведет к перегрузке аккумулятора.
«Мы искали простой способ растворить больше флуоренола в нашем электролите на водной основе, — сказал Руочжу Фенг, первый автор нового исследования. — β-циклодекстрин немного помог увеличить количество растворенного флуоренола, но его реальной пользой стала эта удивительная каталитическая способность».
В ходе исследования авторы работы выяснили механизм, лежащий в основе эффекта повышения долговечности и мощности – сахар принимает положительно заряженные протоны, уравновешивая движение отрицательно заряженных электронов, движущихся к клеточной мембране и через нее. После некоторой настройки они смогли увеличить скорость реакции и, следовательно, эффективный уровень мощности батареи на целых 60%.
«Это совершенно новый подход к разработке электролита для проточной батареи, — сказал Вэй Ван, главный автор исследования. — Мы показали, что вы можете использовать совершенно другой тип катализатора для ускорения преобразования энергии. Кроме того, поскольку он растворен в жидком электролите, это исключает возможность вытеснения твердого вещества и загрязнения системы».