Команда вчених з університету Гарварда (США) на чолі з Майклом Азіз створила новий тип проточного акумулятора, що працює на органічних сполуках. Схоже, розробники зробили величезний крок у розвитку зеленої енергетики.
Технологія проточних акумуляторів завоювала довіру завдяки двом ключовим параметрам:
- Термін служби – понад 10 000 циклів
- Низька вартість самої батареї по відношенню до 1 кВт/год запасеної енергії.
Найкращим варіантом цієї технології став ванадієвий редокс-акумулятор, який працює завдяки зміні рівня окислення ванадію в розчині. Акумулятор складається з двох ємностей з електролітом, насосів та центральної камери з протонообмінною мембраною. У першу ємність заливається розчин ванадію V5+, другий – V2+. Стікаючи до протонообмінної мембрани, «зсувається» іонний заряд і акумулятор розряджається або заряджається в залежності від напрямку зсуву.
Фахівці вже напевно зрозуміли, а для непрофесіоналів скажемо, що в розробці використано відносно невелику кількість ванадія, звичний літій відсутній. Таким чином, цей ціна акумулятора може подолати психологічний бар'єр в 500 $ на 1 кВ / год запасеної енергії. Місткість такої батареї становить приблизно 20-30 кВт/год на 1 кг ваги, що дещо нижче свинцевого авто-акумулятора і значно нижче за літій-іонні батареї.
Економічний аспект
Проточні акумулятори зазвичай встановлюють стаціонарно в будинках, тому вага батареї не настільки критична. Проте така батарея чудово справляється з віддачею електрики, накопиченої сонячними батареями або вітряками. Найважливішим фактором є витрати на 1 кВт/год у грошовому еквіваленті. До речі, перша велика станція, що акумулює, на основі проточних батарей вже будується на острові Хоккайдо (Японія).
На жаль, японців поки що нікому підтримати в цих починаннях. Міністерство енергетики США вважає, що ціна ванадієвого редокс-акумулятора повинна бути не 500 $ на 1 кВт / год ємності, а нижче 100 $, щоб проект був економічно обґрунтований. Саме собою вдосконалення ванадієвих батарей нічого не дасть, тому що на частку тільки самого ванадія доводиться 81 $ на кВт / год ємності.
Змінити вектор досліджень вирішила команда Майкла Азіза. Замість ванадію першу ємність заповнили розчином брому. У другу залили водний розчин хінону – органічної сполуки, що відповідає за перенесення електронів та протонів при диханні у тваринному та рослинному світі. У працюючій батареї хінон віддає брому пару протонів через мембрану, а ще 2 електрони через окремий ланцюг. У ємності з бромом з однієї молекули брому з'являються 2 молекули бромистого водню. Під час зарядки в цю ємність подаються електрони і протони знову повертаються до хінону.
Простіше кажучи: якщо потрібно збільшити ємність літієвого акумулятора, то потрібні ємності та вся супутня електротехніка. Проточні батареї не мають цього недоліку, тому їх можна назвати найкращим з економічного погляду варіантом для накопичення дуже великих обсягів енергії. Особливо, якщо не потрібна велика пікова потужність, як у разі накопичення фотоелементів на даху.
 |
| Нова батарея здатна вночі постачати запасну днем сонячну енергію для одного домоволодіння вже при ємності 2 тисячі літрів. Навіть незважаючи на великий обсяг, варіант набагато кращий, ніж літієві або свинцево-кислотні альтернативи. |
Від ванадієвих нову хінонову батарею відрізняє дешевизна компонентів. Хінон дуже поширений у тваринному світі, також міститься у сирій нафті. Частка хінону в ціні батареї на 1 кВт/год оцінюється лише у 21$. Це означає, що можна легко вкластися у 100$, запропонованих Міністерством енергетики США, яке, до речі, і стало спонсором досліджень. Хінон виграє у ванадію ще й у часі зарядки приблизно в тисячу разів, що також додає стабільності мережі при тих самих номінальних ємностях батарей.
Сьогодні команда Макла Азіза працює над тим, щоб замінити отруйний і небезпечний для людини бром на ще один різновид хінону. Не дивно, адже тварини та рослини обходяться без брому при диханні.
Комерційний запуск технології не за горами. Sustainable Innovations, LLC планує вже через 3 роки вийти на ринок із демонстраційним зразком такої батареї. Перших клієнтів компанія хоче знайти у приватних домоволодіннях та у бізнесменів, які володіють великими будинками із сонячними панелями на дахах.