Она должна сделать лабораторные тесты более простыми, дешевыми и «полностью раскрыть потенциал новой технологии». В будущем это поможет запустить производство более дешевых проточных батарей. Ученые уже начали разработку промышленного прототипа.

Мембранно-электродный блок (МЭБ) — основной элемент проточной батареи. Его делают из нескольких слоев разных материалов. Важная часть МЭБ — пластины проточных полей, по которым электролиты поступают к электродам, где окисляются и восстанавливаются. От качества пластин зависят характеристики батареи, например мощность и КПД. Сейчас их делают из графита — это отнимает много времени. Российские ученые предложили новый подход.

Его описание опубликовали исследователи из РХТУ им. Д. И. Менделеева, ИПХФ РАН, МФТИ и Института физической химии и электрохимии РАН в журнале ChemPlusChem.

По задумке, проточные поля будут формировать в нескольких тонких слоях углеродных материалов. В каждом из них вырезают нужный рисунок, а потом слои накладывают друг на друга, чтобы получилось требуемое поле. Этот способ занимает минуты и подразумевает использование более дешевых материалов.

«А у исследователей получается даже больший простор для вариации и подбора проточных полей», — добавил Роман Пичугов, первый автор работы и сотрудник РХТУ им. Д. И. Менделеева.

Схематическое изображение ванадиевой проточной батареи / © R. Pichugov et al. / ChemPlusChem, 2020

Ученые испытали новую конструкцию на ванадиевых электролитах (растворы солей ванадия). Они перебирали разные типы проточных полей и варьировали скорость подачи электролита, и получили результаты, сравнимые с лучшими мировыми исследованиями. Авторы отметили, что мощности протестированных МЭБ оказались даже немного выше аналогов на графите.

Специалисты считают, что в будущем разработку можно будет использовать в производстве накопителей энергии для распределенных электросетей. Сейчас ученые вместе с компанией InEnergy разрабатывают и испытывают ванадиевую проточную батарею из десяти ячеек, построенных по новому методу, а также проектируют другие типы проточных батарей на их основе.

Установка для тестирования ячейки ванадиевой проточной батареи. МЭБ закреплена на штативе над перистальтическим насосом. Емкости заполнены ванадиевым электролитом (до начала процесса зарядки батареи / © R. Pichugov et al. / ChemPlusChem, 2020

Проточные редокс-батареи — накопители, подходящие для долгосрочного хранения больших объемов энергии, которая хранится в виде химической энергии растворов-электролитов. Они состоят из двух емкостей, где содержатся электролиты и МЭБ: в него растворы подаются насосами и вступают в химические реакции, от чего батарея заряжается или разряжается. В отличие от многих других накопителей энергии, они допускают независимое изменение мощности и емкости. Кроме того, они почти не разряжаются в режиме долгого простоя, а их электролиты не деградируют даже после десятков тысяч циклов работы.

Батареи продолжают дорабатывать в лабораториях, при этом их используют в энергосетях некоторых стран — обычно в солнечных или ветряных электростанциях. Например, в этом году в Китае планируют запустить самый большой комплекс аккумуляторных батарей в мире с емкостью 800 МВт-ч (примерно столько энергии за год потребляет дом на 200 квартир).