Новая проточная батарея работает круглый год на простом сахаре

В новой проточной батарее используется простой сахар β-циклодекстрин для создания обильной и устойчивой формулы длительного хранения энергии.

К

Опубликовано

Когда исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики решили улучшить проточные батареи, они не дурачились. Они придумали решение на основе сахара, которое может храниться круглый год и даже больше. Это открытие может привести к созданию новых недорогих систем длительного хранения энергии, которые смогут исключить ископаемую энергию, улавливая энергию ветра и солнца в течение недель, месяцев или даже целых сезонов.

Проточные батареи еще не стали массовыми, но они постепенно проникают на рынок.

Литий-ионные аккумуляторы по-прежнему являются золотым стандартом для систем хранения энергии, которые можно перезаряжать снова и снова. Литий-ионная технология хорошо подходит для всех видов устройств, от смартфонов до электромобилей. Проблема возникает в масштабе энергосистемы, когда накопление энергии необходимо для сглаживания перебоев в доступности ветровой или солнечной энергии, или того и другого.

В таком масштабе банки литий-ионных батарей могут работать всего несколько часов. Добавление большего количества банков для создания каскадного эффекта может помочь растянуть временную шкалу. Однако это сопряжено с непомерно высокими затратами, включая стоимость управления такой сложной системой.

Чтобы обеспечить хранение энергии в течение всего дня в коммунальном масштабе, поскольку в сеть поступает все больше энергии ветра и солнца, проточная батарея отвечает всем требованиям.

Проточные батареи используют способность специализированных жидкостей создавать электрический ток, когда они текут рядом друг с другом, разделенные тонкой мембраной. Жидкости хранятся в резервуарах до тех пор, пока они не потребуются, а это означает, что проточную батарею можно быстро включать и выключать по мере необходимости. Масштабирование существенно не усложняет систему проточных батарей, поскольку масштаб зависит в первую очередь от размера резервуаров.

Сегодняшние конструкции проточных батарей представляют собой 50-летний процесс совершенствования, который начал обретать форму в 1970-х годах. В то время среди проблем, которые нужно было решить, были коррозия, размер, вес, токсичность и низкая плотность энергии. Тем не менее наука любит вызовы.

НАСА было в авангарде этого движения. В прошлом году агентство отметило, что его «жидкая батарея», созданная десятилетиями и состоящая только из железа, соли и воды, получила новую жизнь благодаря стартапу ESS, занимающемуся долговременным хранением энергии. Старые инженерные фирмы, такие как Cummins, также работают над разработкой нового поколения проточных батарей (подробнее о CleanTechnica см. здесь).

Вклад Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории — первое в истории использование β-циклодекстрина, простого сахара, полученного из крахмала, в формуле проточной батареи.

Простые сахара состоят всего из одной или двух молекул, в отличие от сложных углеводов, таких как крахмал. Их можно синтезировать в лаборатории, обеспечивая более экологичную альтернативу материалам, добываемым для других формул аккумуляторов.

β-циклодекстрин — это не просто сахар. Это одна молекула конической формы, обычно используемая в фармацевтической промышленности для изготовления лекарств, поскольку она может содержать другие молекулы внутри конуса до тех пор, пока его внешняя поверхность не растворится. Это дает еще одно преимущество с точки зрения наличия под рукой базы знаний о цепочке поставок.

Исследователи также обнаружили дополнительные возможности использования «связывающей полости» β-циклодекстрина. Например, команда Северо-Западного университета использует β-циклодекстрин для разработки экологически чистого процесса извлечения золота из руды.

Команда PNNL сосредоточилась на β-циклодекстрине, потому что они искали простой способ ввести больше флуоренола в свою проточную батарею. Флуоренол — это спиртовое производное флуорена, которое начало появляться в новых технологиях проточных батарей, в том числе в исследованиях под эгидой PNNL.

Судя по всему, идея нового исследования заключалась в инкапсуляции флуоренола в молекулы β-циклодекстрина, которые растворялись бы при внесении в раствор проточной батареи. Это оказалось не очень эффективным способом доставки большего количества флуоренола, но это привело к тому, что значительное количество β-циклодекстрина попало в проточную батарею PNNL.