Группа исследователей из Йенского университета имени Фридриха Шиллера (БСС, Йена), Центра энергетики и химии окружающей среды (CEEC Jena) и JenaBatteries GmbH (дочерняя компания Йенского университета) сделала решительный шаг в направлении окислительно-восстановительного процесса. проточная батарея, которая проста в обращении, безопасна и в то же время экономична: они разработали систему на основе органических полимеров и безвредного солевого раствора. «Новым и инновационным в нашей батарее является то, что ее можно производить с гораздо меньшими затратами, при этом почти достигая емкости традиционных систем, содержащих металл и кислоту», — говорит д-р Мартин Хагер. Ученые представляют свою технологию аккумуляторов в текущем выпуске научного журнала Nature.В отличие от обычных батарей, электроды проточной окислительно-восстановительной батареи не сделаны из твердых материалов (например, металлов или солей металлов), а находятся в растворенной форме: растворы электролитов хранятся в двух резервуарах, которые образуют положительный и отрицательная клемма аккумуляторной батареи. С помощью насосов растворы полимеров переносятся в электрохимический элемент, в котором полимеры подвергаются электрохимическому восстановлению или окислению, тем самым заряжая или разряжая аккумулятор.
Чтобы электролиты не смешивались, ячейка разделена мембраной на два отсека. «В этих системах количество запасенной энергии, а также номинальная мощность могут быть индивидуально отрегулированы. Более того, саморазряд почти не происходит», — объясняет Мартин Хагер.В традиционных проточных окислительно-восстановительных системах в качестве электролита в основном используется тяжелый металл ванадий, растворенный в серной кислоте. «Это не только чрезвычайно дорого, но и очень коррозионно-агрессивное решение, поэтому необходимо использовать специальную мембрану, а срок службы батареи ограничен», — отмечает Хагер. С другой стороны, в батарее с окислительно-восстановительным потоком ученых из Йены используются новые синтетические материалы: по своей основной структуре они напоминают оргстекло и пенополистирол (полистирол), но были добавлены функциональные группы, позволяющие материалу принимать или отдавать электроны.
Больше нет необходимости в агрессивных кислотах; полимеры скорее «плавают» в водном растворе. «Таким образом, мы можем использовать простую и недорогую целлюлозную мембрану и избегать ядовитых и дорогих материалов», — объясняет Тобиас Яношка, первый автор нового исследования. «Эта проточная окислительно-восстановительная батарея на полимерной основе идеально подходит в качестве накопителя энергии для больших ветряных электростанций и фотоэлектрических электростанций», — говорит профессор д-р Ульрих С. Шуберт. Он является председателем кафедры органической и макромолекулярной химии в бывшем Советском Союзе в Йене и директором CEEC Jena, уникального центра энергетических исследований, который работает в сотрудничестве с Институтом керамических технологий и систем Фраунгофера в Хермсдорфе / Дрездене (IKTS).
При первых испытаниях батарея с окислительно-восстановительным потоком из Йены могла выдержать до 10 000 циклов зарядки без потери критически важной емкости. Плотность энергии представленной в исследовании системы составляет десять ватт-часов на литр. Тем не менее, ученые уже работают над более крупными и эффективными системами.
В дополнение к фундаментальным исследованиям, проводимым в университете, химики разрабатывают свою систему в рамках новой компании JenaBatteries GmbH, направленную на то, чтобы продукты были востребованы на рынке.