Российские исследователи создали более дешевые и простые в производстве проточные батареи. Они найдут применение для хранения энергии в умных электросетях. О своей работе ученые рассказали в статье журнала ChemPlusChem.

В проточных редокс-батареях энергия выделяется за счет двух растворов, разделенных мембраной, между которыми происходит ионный обмен. От обычных батарей проточные отличаются тем, что электролиты протекают через емкость с мембраной, не оставаясь там надолго. После они возвращаются в свои «банки», которые можно менять по мере необходимости.

Благодаря такой конструкции редокс-батареи в отличии от своих аналогов позволяют независимо изменять мощность и емкость, изменяя состав электролитов и объемы мембранного блока. Кроме того, они почти не разряжаются с течением времени, а их электролиты не деградируют даже после десятков тысяч циклов работы. Это позволяет использовать проточные батареи для хранения большого количества электроэнергии в узлах распределенных электросетей. Они могут, например, накапливать энергию на солнечных электростанциях и обеспечивать стабильность их работы.

Мембранно-электродный блок проточной батареи представляет собой сэндвич из листов разных материалов, разделенный на две части, в каждую из которых поступает свой электролит. Материалы его листов — проточные поля — позволяют веществам анолита и католита окисляться и восстанавливаться. Проточные поля во многом определяют физические характеристики батареи. Поэтому исследователи часто подбирают разные типы полей, чтобы оптимизировать работу устройств. Однако сегодня этот процесс занимает много времени, так как требуется вырезать сложные детали из графитовых пластин.

Российские исследователи придумали новый метод, который решает эти проблемы. Они создали проточные поля с помощью нескольких тонких слоев углеродных материалов. Лазером авторы вырезали на графитовых пластинах нужные рисунки, а потом накладывали эти слои друг на друга, чтобы создать требуемое поле. Такой процесс занял у исследователей не пару минут. При этом авторы также применили довольно дешевые материалы.

Проточные батареи могут работать с разными электролитами. Чаще всего используют растворы солей ванадия. Именно на них испытали свою конструкцию ячейки российские исследователи. Используя новую технологию, они смогли быстро и дешево подобрать параметры для протонной батареи. Оказалось, что батареи с новыми проточными полями ничуть не хуже лучших мировых разработок, а по мощности даже немного превосходят их.

Теперь российские ученые в сотрудничестве с компанией InEnergy создают и тестируют ванадиевую батарею из 10 ячеек с суммарной мощностью 20 Вт. Кроме того, ученые на базе предложенной конструкции разрабатывают проточные батареи на других электролитах.