Быстрое внедрение возобновляемых источников энергии увеличило спрос на технологии долговременного хранения энергии в масштабе сети. В этом отношении проточные окислительно-восстановительные батареи (RFB) продемонстрировали большой потенциал для средних и крупных приложений по хранению энергии. Однако текущая стоимость RFB остается слишком высокой для широкого коммерческого внедрения.

По мнению исследователей Имперского колледжа Лондона, новый подход к проектированию аккумуляторов может стать ключом к недорогому и долговременному хранению энергии. Коллектив инженеров разработал полисульфидно-воздушную проточную окислительно-восстановительную батарею (ПСА ПВБ) с двумя мембранами. Двойная мембранная конструкция решает основные проблемы крупногабаритных аккумуляторов этого типа, открывая их потенциал для хранения избыточной энергии из возобновляемых источников в течение длительного периода времени.

Команда Imperial искала альтернативу электролиту, используемому в обычных проточных окислительно-восстановительных батареях, ванадию, который является дорогим и в основном поставляется из Китая и России. В своем подходе исследователи использовали жидкость в качестве одного электролита и газ в качестве другого — в данном случае полисульфид (сера, растворенная в щелочном растворе) и воздух. Однако производительность полисульфидно-воздушных батарей ограничена, потому что ни одна мембрана не может полностью обеспечить протекание химических реакций, при этом предотвращая проникновение полисульфида в другую часть элемента.

«Если полисульфид переходит на воздушную сторону, то вы теряете материал с одной стороны, что снижает протекающую там реакцию и ингибирует активность катализатора с другой. Это снижает производительность батареи, поэтому нам нужно было решить эту проблему», — пояснил доктор Мэнчжэн Оуян из Департамента наук.

Исследователи разработали альтернативный подход, в котором используются две мембраны для разделения полисульфида и воздуха с раствором гидроксида натрия между ними. Все материалы, включая мембраны, относительно дешевы и широко доступны. Кроме того, конструкция обеспечивает гораздо больший выбор материалов, которые можно использовать.

В ходе экспериментов исследователи обнаружили, что новая проточная полисульфидно-воздушная окислительно-восстановительная батарея способна обеспечить значительно большую мощность, до 5,8 милливатт на квадратный сантиметр. Они подсчитали, что стоимость энергии — цена материалов для хранения по отношению к количеству накопленной энергии — составляет около 2,5 долларов за киловатт-час. Стоимость электроэнергии — скорость заряда и разряда, достигнутая по отношению к цене мембран и катализаторов в ячейке, — составила около 1600 долларов за киловатт. Хотя это слишком много для крупномасштабного хранения энергии, но команда считает, что дальнейшие улучшения легко достижимы.