Замена литию и ванадию: дешевое вещество удвоило плотность энергии новых батарей

Ученые из Корейского института энергетических исследований нашли альтернативу ванадию, важному компоненту проточных окислительно-восстановительных батарей. Исследование показало, что ванадий можно заменить веществом, состоящим из углерода и кислорода, пишет Interesting Engineering.

Проточные окислительно-восстановительные батареи представляют собой электрические элементы, хранящие энергию в электролите, а не в электроде, как в литий-ионных батареях. Они лучше литий-ионных, т.к. не подвержены возгоранию. Выходную мощность таких аккумуляторов можно легко увеличить за счет увеличения размера стеков. Отсутствие фазовых переходов "твердое-твердое" гарантирует длительный срок хранения и обеспечивает превосходные энергетические характеристики даже после 20 лет эксплуатации.

Единственным недостатком проточных батарей является то, что в их составе присутствует металл ванадий, который имеет ограниченные запасы. Чтобы избежать той же участи, что и литий, исследователи ищут замену ванадию. Ею стали виологены.

Виологены — это органические соединения, состоящие из широко доступных элементов, таких как углерод и кислород, которые не нужно добывать. Однако предыдущие исследования по использованию виологенов в качестве замены ванадия не были удачными, т.к. вещества имели низкую растворимости в электролите. Это привело к снижению плотности энергии аккумулятора и нестабильности процессов зарядки и разрядки батареи. Чтобы решить проблему, ученые ввели в виологены функциональные группы молекул сульфоната, альфа-метиловые функциональные группы и молекулы сложного эфира для повышения стабильности. Конечным результатом добавления этих функциональных групп стало повышение плотности энергии в 2 раза, по сравнению с плотностью энергии проточной батареи, изготовленной из ванадия.

После 200 циклов зарядки-разрядки исследователи обнаружили, что их новая батарея продемонстрировала сохранение емкости на 92,4%, что является показателем лучшей производительности и стабильности.