Заміна літію та ванадію: дешева речовина подвоїла щільність енергії нових батарей

Вчені з Корейського інституту енергетичних досліджень знайшли альтернативу ванадію, важливому компоненту проточних окислювально-відновних батарей. Дослідження показало, що ванадій можна замінити речовиною, що складається з вуглецю і кисню, пише Interesting Engineering.

Проточні окислювально-відновні батареї являють собою електричні елементи, що зберігають енергію в електроліті, а не в електроді, як у літій-іонних батареях. Вони кращі за літій-іонні, оскільки не схильні до займання. Вихідну потужність таких акумуляторів можна легко збільшити за рахунок збільшення розміру стеків. Відсутність фазових переходів "тверде-тверде" гарантує тривалий термін зберігання і забезпечує чудові енергетичні характеристики навіть після 20 років експлуатації.

Єдиним недоліком проточних батарей є те, що в їхньому складі присутній метал ванадій, який має обмежені запаси. Щоб уникнути тієї ж долі, що й літій, дослідники шукають заміну ванадію. Нею стали віологени.

Віологени — це органічні сполуки, що складаються з широко доступних елементів, таких як вуглець і кисень, які не потрібно добувати. Однак попередні дослідження з використання віологенів як заміни ванадію не були вдалими, тому що речовини мали низьку розчинність в електроліті. Це призвело до зниження щільності енергії акумулятора і нестабільності процесів зарядки і розрядки батареї. Щоб розв'язати проблему, вчені ввели у віологени функціональні групи молекул сульфонату, альфа-метилові функціональні групи та молекули складного ефіру для підвищення стабільності. Кінцевим результатом додавання цих функціональних груп стало підвищення щільності енергії в 2 рази, порівняно з щільністю енергії проточної батареї, виготовленої з ванадію.

Після 200 циклів зарядки-розрядки дослідники виявили, що їхня нова батарея продемонструвала збереження ємності на 92,4%, що є показником кращої продуктивності та стабільності.

Раніше ми писали про те, що натрій-іонні акумулятори стануть ефективнішими і потужнішими. Дослідники сподіваються, що їхні розробки стануть основою для створення дешевої та безпечної альтернативи літій-іонним акумуляторам.