HighTech Проточные аккумуляторы – интересная альтернатива свинцово-кислотным. Их преимущество в том, что они могут накапливать заряд в виде жидких электролитов, а их энергоемкость ограничивается только объемом хранилища. Такие аккумуляторы попали в поле зрения коммунальных и энергетических компаний в качестве возможной замены аккумуляторных батарей, поскольку они имеют ряд недостатков:
- ограниченный срок эксплуатации и пожароопасность;
- необходимый для их работы литий, являющийся невозобновимым ресурсом;
- накопление заряда только в виде электродного материала, обладающего фиксированным объемом.
Повсеместному применению проточных батарей препятствует то, что, несмотря на сравнительную дешевизну, использующиеся в них соединения дорогие, токсичные и коррозийные. Кроме того, их энергоёмкость на единицу объёма электролита достаточно мала и, как правило, не превышает 20 ватт-часов на литр.
Недавно интернет-портал IEEE Spectrum рассказывал о проточном аккумуляторе, демонстрировавшем более высокие показатели за счет использовавшихся в нем оснований вместо кислот, что позволяет сохранять цинковый компаунд в растворенном виде. А уже 25 августа журнал «Наука» (англ. Science) сообщил о команде ученых из Гарвардского университета, создавших аккумулятор, использующий два щелочных электролита, содержащих раствор хинона и ферроцианида (оба вещества широкодоступны и нетоксичны). По словам ученых, даже после сотого цикла заряд-разряд энергоемкость такого аккумулятора понижается меньше, чем на один процент.
Предводитель группы ученых Майкл Азиз осознал, что если преодолеть такие недостатки нынешних проточных аккумуляторов как высокая стоимость и токсичность, они смогут стать выгодным решением проблемы острой нехватки таких возобновляемых источников энергии как солнечная энергия и ветер. «Найти дешевые и хорошо работающие химикаты – значит совершить большой рывок вперед», - сказал Азиз. «Мы заметили, что в процессе фотосинтеза задействована молекула, получающая электроны из хлорофилла и формирующая переносчик электронов без малейших признаков потери своих свойств даже после многократного использования. Это как раз то, что нужно для аккумулятора».
Тем не менее, этой молекуле для успешного использования требовалась некоторая доработка: она должна быть в растворе, то есть обладать необходимым растворительным потенциалом. «Все это достижимо», - заверил ученый. «Мы нашли способы доведения нужных нам молекул до состояния раствора и изменения их напряжения. Таким образом мы получили рабочий легкорастворимый вариант».
Команда приоткрыла завесу тайны над своими разработками, опубликовав статью в журнале «Природа» (англ. Nature), в которой рассказывалось о том, как они избавили это соединение от токсичного вещества – брома. «Мы переключились на щелочную химию из-за доступности ферроцианида – устойчивого положительного электрода, растворимого в основаниях, но не в кислотах»,- объяснил Азиз. Ферроцианид – широкодоступное соединение, используемое в качестве пищевой добавки. Парадокс в том, что оно нетоксично из-за того, что группы цианидов в нем так плотно сцеплены с атомами железа, что неспособны оторваться от них и атаковать атомы железа в гемоглобине. «Итак, мы сдержали обещание и создали нетоксичные вещества по обе стороны ионоизбирательной мембраны. Так что теперь в нашем распоряжении полностью «чистый» аккумулятор», - делится радостью Майкл Азиз.
Проточным ячейкам необходимы электролиты, поддерживающие растворенное состояние и высокий водородный показатель этих соединений, чтобы электроны и ионы могли свободно перетекать по ним. В большинстве электрических аккумуляторов используются кислоты, но в этом случае использование оснований имеет ряд преимуществ. «Меньшая коррозийность оснований по сравнению с кислотами позволяет хранить электролиты за счет гораздо более дешевых материалов»,- объясняет Азиз.
В Соединённых Штатах около 95% накопленной энергии существует в виде закачанной в резервуар воды, которую высвобождают при необходимости производства энергии с помощью приводных турбин в случае, если естественного течения недостаточно.
Но в засушливых зонах этот способ недоступен, и Азиз утверждает, что проточные аккумуляторы могут спасти положение: «Мы пытаемся создать технологию, с помощью которой можно будет получать энергию там, где это нельзя сделать с помощью гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС): в городских зонах, на крышах домов, а также рядом с ветряными и солнечными электростанциями». Однако для достижения этой цели ученым предстоит проделать трудную работу. «Мы должны доказать, что эти молекулы способны без проблем производить тысячи циклов окисления и восстановления».
Заинтересована ли в этом промышленность? После первой публикации в журнале «Природа» в прошлом году многие компании заинтересовались разработкой. По словам Азиза, они просили оповестить их сразу же, как только ученые смогут избавиться от брома.