Исследователи PNNL обнаружили, что растворение обычного сахара в электролите проточного аккумулятора увеличивает пиковую выходную мощность на впечатляющие 60%. Более того, после годичной непрерывной работы батарея практически не потеряла своей емкости.
Проточные батареи, как правило, лучше всего подходят для длительных работ по хранению энергии, поэтому в последние годы к ним проявляется большой интерес, поскольку города пытаются решить, как сгладить ежедневную, сезонную и связанную с погодой прерывистость возобновляемых источников энергии.
Как правило, проточные батареи состоят из двух жидкостей, анолита и католита, которые хранятся отдельно, а затем прокачиваются через обе стороны ионоселективной мембраны для создания тока, когда требуется энергия. Это дает определенные преимущества; вы можете «заправить» свою систему, например, заменив разряженный электролит на заряженный электролит, или вы можете зарядить его, используя энергию сети, чтобы обратить вспять цикл разряда.
Исследователи Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории первыми попытались растворить сахар под названием β-циклодекстрин в анолите клетки, надеясь, что это поможет решить совершенно другую проблему. Они не ожидали, что это перезарядит батарею: «Мы искали простой способ растворить больше флуоренола в нашем электролите на водной основе», - сказал Руожу Фэн, автор нового исследования. «В этом помог β-циклодекстрин, но его реальная польза заключалась в его удивительной каталитической способности».
Работая с исследователями из Йельского университета, они выяснили механизм повышения - сахар принимает положительно заряженные протоны, уравновешивая движение отрицательно заряженных электронов, движущихся к клеточной мембране и через нее. После некоторой настройки они смогли повысить скорость реакции и, следовательно, эффективный уровень заряда батареи на колоссальные 60%.
Эти сахара полностью растворяются в электролите, в отличие, например, от технологии аккумуляторных батарей Influit Flow, которая была создана в результате исследований Illinois Tech. Influit использует крошечные твердые наночастицы активного материала оксида металла, взвешенные в вязкой жидкости, и заявляет, что ее батареи достаточно быстрые, чтобы их можно было использовать в автомобилях, с плотностью энергии полной системы в 4-5 раз выше, чем у современных литиевых батарей.
«Это совершенно новый подход к разработке электролита для проточных аккумуляторов», - сказал Вей Ван, исследователь аккумуляторов PNNL и главный исследователь. «Мы показали, что можно использовать совершенно другой тип катализатора, предназначенный для ускорения преобразования энергии. Кроме того, поскольку он растворяется в жидком электролите, исключается возможность смещения твердого вещества и загрязнения системы».
Как только выходная мощность была оптимизирована, команда перешла к испытаниям на долговечность, чтобы увидеть, повлияет ли сахарная добавка на срок службы электролита. Исследователи непрерывно заряжали и разряжали батарею более года и были удивлены, обнаружив только незначительную потерю емкости.
Стоит отметить, что проточные батареи обычно служат намного дольше, чем литиевые, но даже в этом случае, по словам исследователей, это первый случай, когда какая-либо проточная батарея, известная в опубликованных научных публикациях, когда-либо продемонстрировала такую долговечность.
