ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ СНИЗИЛОСЬ В 3 РАЗА, МОЩНОСТЬ ЗАРЯДКИ УВЕЛИЧИЛАСЬ ПОЧТИ В 6 РАЗ
Автор: Сиси Юн
В Китайском университете Гонконга (CUHK) разработали молекулярный катализатор, увеличивающий скорость реакции в проточных окислительно-восстановительных батареях, снизив потребление энергии в три раза и увеличив мощность зарядки почти в шесть раз.
Предполагается, что этот подход может широко применяться и в других системах редокс-аккумуляторов. Это новаторское исследование было недавно выбрано в качестве заглавной статьи декабрьского номера ведущего научного журнала Nature Energy.
Литий-ионные батареи широко используются для хранения энергии, но когда тысячи из них складываются вместе, возникает риск перегрева, вызывающего возгорание и взрыв, что делает их непригодными для крупномасштабного хранения энергии. Водные окислительно-восстановительные батареи, с другой стороны, дешевле, более безопасны и обеспечивают гибкость конструкции в плане мощности и энергии. Однако высокая цена традиционных коммерческих ванадиевых редокс-батарей сдерживает их дальнейшее развитие.
Можно использовать серу, которая, в отличие от ванадия, не является редким элементом, а стоимость хранения в 1000 раз ниже, чем у ванадия. Однако редокс-батареи на основе серы имеют низкий срок службы и низкую энергоэффективность, что препятствует их дальнейшему развитию. В 2021 году профессор Лу И-чунь с кафедры машиностроения и автоматизации Инженерной школы CUHK предложил ионоселективную мембрану с усилением заряда (CRIS), которая значительно продлила срок службы за счёт снижения скорости перехода полисульфида. Однако процесс внедрения (коммерциализации) тормозился из-за низкой энергоэффективности.
Тогда команда Лу предложила молекулярный катализатор, рибофлавин фосфат натрия (FMN-Na), для ускорения процесса преобразования полисульфидов с высокой энергетической эффективностью. Рибофлавин — это витамин B2, а производные рибофлавина выполняют функцию переносчиков энергии в человеческом организме. Вдохновившись природной цепью переноса электронов, профессор Лу и его команда использовали FMN-Na для ускорения скорости реакции в проточной батарее.
Команда обнаружила, что эта биомиметическая стратегия может радикально снизить перенапряжение батареи более чем в 3 раза, увеличив мощность зарядки почти в 6 раз. Железосерные проточные батареи могут стабильно работать более 2000 циклов (ожидаемый срок службы — более 20 лет). Оказалось, что эта же стратегия работает и с серо-йодистыми проточными батареями, обеспечивая высокую стабильность при более чем 1300 циклах.
В сотрудничестве с основанной ими компанией команда Лу продемонстрировала батарею площадью 100 кв. см с рабочей плотностью тока до 100 миллиампер на кв. см, что говорит об огромном потенциале для практического применения.
Лу отметил, что их работа показывает, что гомогенный катализ является эффективным подходом к решению проблемы медленной кинетики полисульфидов. Он также считает, что этот подход может быть широко применён к другим системам проточных батарей.
Источник: The Epoch Times