Экологичная энергетика имеет хорошие перспективы, так как безопасность для окружающей среды – актуальная повестка дня во всём мире. К сожалению, существующие в настоящее время ветряки и солнечные панели зависят соответственно от силы ветра и количества солнечных дней, а, следовательно, у них отсутствует стабильность. Для решения этой проблемы требуются надёжные и стабильные накопители электроэнергии. Российские исследователи из университета МИСИС и других НИИ предложили свой вариант.
Отечественные исследователи при помощи синтеза создали новый углеродный композитный материал, на основе которого могут производиться ванадиевые батареи. Они предназначены надёжного хранения электроэнергии.
Устройство ванадиевой батареи
Базовыми элементами такой батареи являются специальные биполярные пластины. Они служат для преобразования химических реакций в электроэнергию. Изготавливаются в настоящее время, как правило, из графита, так как этот материал характеризуется отличной проводимостью, он химически стабилен. Имеется и недостаток графита – сквозь него плохо проходит электролит. Это уменьшает эффективность и уменьшает эксплуатационный ресурс батареи, усложняет изготовление.
Российские учёные предложили альтернативный вариант. Им является эластомерный композит, в котором равномерно распределены волокнистые наполнители из электрода, хорошо проводящие электрический ток. Данный отличается повышенной устойчивостью к химическим воздействиям, позволяет осуществлять регулирование характеристик выполненной из него пластины.
Состав этого материала – 75,5% общей массы углерода (техническая модификация N220 и измельчённый графит), 12,5 % углеродистых волокон марки Toray T700, остальное приходится на легирующие добавки. Именно внедрение этих волокон в состав позволило существенно улучшить механические и электрические характеристики сделанных из него биполярных пластин.
Принцип действия
В своей работе проточная батарея на основе ванадия представляет собой гибрид обычного аккумулятора и топливной конструкцией, которая используется в различных инженерных системах. Имеется насос, который прокачивает жидкий электролит сквозь пластины. В результате происходит химическая реакция в особых условиях, которая преобразуется в электричество.
Эти условия – во-первых, разные полярности композитных пластин – одна из них является анодом, другая – катодом. Во-вторых, изначально необходима химически инертная среда между пластинами-электродами. В-третьих, создаётся высокая температура – максимальная, которую может выдержать материал. Согласно результатам эксперимента, она примерно равна 340°C.
Перспективы развития
По словам автора разработки, сотрудника Центра энергоэффективности Университета «МИСиС» А. Усенко, созданный композитный состав способен быстро заменить используемые сегодня зарубежные материалы на основе углерода для проточных батарей. Тем не менее, пока ещё требуется проведение экспериментов над реальными приборами, чтобы подтвердить стабильность характеристик материала.