В Стэнфорде разработаны потоковые аккумуляторы, работающие при комнатной температуре

Как мы знаем, в последние годы бурно развивается сектор возобновляемой энергетики, и поэтому постоянно требуются дополнительные мощности для хранения, дешёвые и ёмкие, выдерживающие много циклов перезарядки и способные оперативно и эффективно отдавать энергию обратно в сеть. Исследователи из Стэнфордского университета считают, что могут решить эту проблему с помощью нового применения нескольких широко распространённых материалов.

Потоковые аккумуляторы известны относительно давно и не раз рассматривались как кандидат для создания хранилищ большой ёмкости, но использующиеся в них электролиты либо имеют ограничения по напряжению, либо требуют высокой температуры для поддержания в жидком состоянии, либо и вовсе представляют собой очень дорогие или крайне токсичные компоненты.

Однако доцент Стэнфорда Уильям Чуи совместно со своими аспирантами Антонио Баклигом и Джейсоном Раголо разработал для «катодного» потока сплав натрия с калием, который остаётся в жидкой фазе при комнатной температуре, и теоретически даёт возможность запасать энергии в 10 раз больше на грамм массы, чем любой другой электролит.

«Конечно, предстоит ещё многое сделать», — говорит Баклиг — «Но мы надеемся, что благодаря этому проекту люди будут чаще отдавать предпочтение солнечным панелям и ветрякам, поскольку они получат аккумулятор на базе элементов, присутствующих в земной коре в изобилии».

Также в процессе экспериментов была разработана керамическая мембрана из натрия и оксида алюминия, которая не мешает ионному обмену между «электродами» и при этом вполне надёжно разделяет анодный и катодный потоки. В итоге рабочее напряжение удвоилось по сравнению с известными образцами (3.1–3.4 V против 1.5 V), а параметры прототипа оставались стабильными даже после нескольких тысяч часов тестов; кроме того, повышенное рабочее напряжение означает возможность запасти больше энергии.

«Безусловно нашу работу ещё только предстоит оценить по множеству параметров — стоимость, эффективность, количество рабочих циклов, габариты, безопасность», — объясняет Баклиг — «Тем не менее мы считаем, что по всем статьям превзойдём существующие потоковые аккумуляторы, и потому смотрим в будущее с воодушевлением».

На текущий момент команда аспирантов — Баклиг, Раголо, а также Джефф МакКонохи и Андрей Полетаев — продолжает заниматься мембраной, поскольку она недостаточно хорошо предотвращает диффузию калия в анодный поток, а это весьма критично для нормальной работы аккумулятора; кроме того, изначальная деталь лучше всего функционировала примерно при 200 градусах Цельсия, что неприемлемо. В попытке сохранить нужные свойства при комнатной температуре исследователи попробовали более тонкие варианты (∼330 мкм) и добились вполне приемлемых результатов, при этом ещё и увеличилась выходная мощность; таким образом, дальнейшие опыты будут вестись в области подбора наиболее подходящей мембраны.

Также предстоит выбрать и соответствующий анодный электролит — к сожалению, смеси на водной основе быстро выводят мембрану из строя, поэтому потребуется использовать какие-то другие жидкости, чтобы ещё увеличить производительность аккумулятора.

Итоговое исследование опубликовано в статье в ScienceDirect 18 июля.