Команда учёных из университета Гарварда (США) во главе с Майклом Азизом создала новый тип проточного аккумулятора, работающего на органических соединениях. Похоже, разработчики сделали огромный шаг в развитии «зелёной» энергетики.
Технология проточных аккумуляторов завоевала доверие благодаря двум ключевым параметрам:
- Срок службы – более 10 000 циклов
- Низкая стоимость самой батареи по отношению к 1 кВт/ч запасённой энергии.
Наилучшим вариантом этой технологии стал ванадиевый редокс-аккумулятор, который работает благодаря смене степени окисления ванадия в растворе. Аккумулятор состоит из двух ёмкостей с электролитом, насосов и центральной камеры с протонообменной мембраной. В первую ёмкость заливается раствор ванадия V5+, во вторую – V2+. Стекаясь к протонообменной мембране, «сдвигается» ионный заряд и аккумулятор разряжается или заряжается в зависимости от направления этого сдвига.
Профессионалы уже наверняка поняли, а для непрофессионалов скажем, что в разработке использовано относительно небольшое количество ванадия, привычный литий отсутствует. Таким образом этот цена аккумулятора может преодолеть психологический барьер в 500$ на 1 кВ/ч запасённой энергии. Ёмкость такой батареи составляет приблизительно 20-30 кВт/ч на 1 кг веса, что несколько ниже свинцового авто-аккумулятора и значительно ниже литий-ионных батарей.
Экономический аспект
Проточные аккумуляторы обычно устанавливают стационарно в домах, поэтому вес батареи не настолько критичен. Зато такая батарея отлично справляется с отдачей электричества, накопленного солнечными батареями или ветряками. Более важным фактором являются затраты на 1 кВт/ч в денежном эквиваленте. Кстати, первая крупная аккумулирующая станция на основе проточных батарей уже строится на острове Хоккайдо (Япония).
Увы, японцев пока некому поддержать в этих начинаниях. Министерство энергетики США считает, что цена ванадиевого редокс-аккумулятора должна быть не 500$ на 1 кВт/ч ёмкости, а ниже 100$, чтобы проект был экономически обоснован. Само по себе совершенствование ванадиевых батарей ничего не даст, так как на долю только самого ванадия приходится 81$ на кВт/ч ёмкости.
Изменить вектор исследований решила команда Майкла Азиза. Вместо ванадия первую ёмкость наполнили раствором брома. Во вторую залили водный раствор хинона – органического соединения, отвечающего за перенос электронов и протонов при дыхании в животном и растительном мире. В работающей батарее хинон отдаёт брому пару протонов через мембрану, а ещё 2 электрона через отдельную цепь. В ёмкости с бромом из одной молекулы брома появляются 2 молекулы бромистого водорода. Во время зарядки в эту ёмкость подаются электроны и протоны возвращаются вновь к хинону.
Проще говоря: если нужно увеличить ёмкость литиевого аккумулятора, то нужны ёмкости и вся сопутствующая электротехника. Проточные батареи не обладают этим недостатком, поэтому их можно назвать лучшим с экономической точки зрения вариантом для накопления очень больших объёмов энергии. Особенно, если не требуется большая пиковая мощность, как в случае накопления фотоэлементами на вашей крыше.
 |
| Новая батарея способна ночью поставлять запасённую днём солнечную энергию для одного домовладения уже при ёмкости в 2 тысячи литров. Даже несмотря на большой объём, вариант намного предпочтительней, чем литиевые или свинцово-кислотные альтернативы. |
От ванадиевых новую хиноновую батарею отличает дешевизна компонентов. Хинон очень распространён в животном мире, также содержится в сырой нефти. Доля хинона в цене батареи на 1 кВт/ч оценивается всего в 21$. Это значит, что можно легко уложиться в 100$, предложенными Министерством энергетики США, которое, кстати, и стало спонсором исследований. Хинон выигрывает у ванадия ещё и во времени зарядки примерно в тысячу раз, что также добавляет стабильности сети при тех же номинальных ёмкостях батарей.
Сегодня команда Макла Азиза трудится над тем, чтобы заменить ядовитый и опасный для человека бром на ещё одну разновидность хинона. Не удивительно, ведь животные и растения обходятся без брома при дыхании.
Коммерческий запуск технологии не за горами. Sustainable Innovations, LLC планирует уже через 3 года выйти на рынок с демонстрационным образцом такой батареи. Первых клиентов компания хочет найти в частных домовладениях и у бизнесменов, владеющих большими зданиями с солнечными панелями на крышах.