Исследователи из Академии наук КНР (CAS) разработали принципиально новый тип воздушно-железной проточной батареи, способной выдержать более 6000 циклов заряда-разряда без какой-либо заметной потери ёмкости. Батарея использует водный электролит, что полностью исключает риск возгораний и взрывов, характерный для литийионных аккумуляторов с их горючими органическими растворителями, а ещё она условно недорогая, поскольку в ней нет лития.
Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews
Ключевым открытием стало решение давней проблемы деградации воздушно-железных проточных аккумуляторов, связанной с недостаточной обратимостью реакций и нежелательным переносом активных веществ через разделительную мембрану. Для этого исследователи заново подобрали молекулярный состав электролита, протестировав 12 органических лигандов (комплексообразующих веществ) и создав 11 комплексов железа. В результате был выявлен наиболее стабильный кандидат — комплексное соединение [Fe(HPF)BHS]4-. Его объёмная молекулярная структура защищает железный центр, а отрицательно заряженные функциональные группы эффективно отталкивают гидроксид-ионы и значительно снижают проникновение через мембрану.
В ходе лабораторных испытаний батарея продемонстрировала впечатляющие электрохимические показатели: при плотности тока 80 мА/см2 устройство работало на протяжении более чем 6000 циклов со средней кулоновской эффективностью 99,4 % (фактически без потерь), что, по оценкам авторов, эквивалентно примерно 16 годам ежедневной эксплуатации. При проверке под более высокими нагрузками элемент достиг пиковой плотности мощности 392,1 мВт/см2, сохраняя при этом общую энергоэффективность на уровне 78,5 %. Это доказывает не только исключительный ресурс, но и способность отдавать значительную мощность.
Принцип работы проточной батареи, при котором жидкие электролиты хранятся во внешних резервуарах и прокачиваются через электрохимическую ячейку, позволяет легко масштабировать энергоёмкость простым увеличением объёма баков, что делает технологию особенно перспективной для солнечных и ветряных электростанций.
Впрочем, существуют стандартные для таких прорывов оговорки: на данный момент нет ни анонсированного экспериментального проекта, ни производственных планов, а успешные лабораторные результаты не всегда воспроизводятся в коммерческих объёмах. Тем не менее, если химический процесс удастся успешно масштабировать, дешёвое железо может стать серьёзным конкурентом в сфере долговременного хранения возобновляемой энергии.