Инженеры из Национальной северо-западной тихоокеанской лаборатории (США) усовершенствовали ванадиевый редокс-аккумулятор.

Проточные аккумуляторы такого типа надёжны, долговечны и ориентированы на промышленное использование. Они идеально подходят для установки в источники бесперебойного питания и могут использоваться в ветровой и солнечной энергетике.

Работа батареи основана на том, что ванадий может находиться в растворе в четырёх разных состояниях окисления. В её состав входят две ёмкости с электролитом, насосы и центральная камера, в которой жидкости отделяются друг от друга протонообменной мембраной. Одна ёмкость содержит ионы V5+, а другая — V2+; когда аккумулятор необходимо разрядить или зарядить, электролиты закачиваются в камеру, где развиваются химические реакции, приводящие к изменению заряда ионов в ту или иную сторону.

Рис. 1. Схема ванадиевого проточного редокс-аккумулятора (иллюстрация PNNL).

Характеристики аккумулятора, как несложно догадаться, зависят от того, какой концентрации ионов удаётся достичь. Чаще всего в качестве основы электролита используют серную кислоту, которая обеспечивает достойные энергетические показатели.

У серной кислоты, однако, есть один существенный недостаток — узкий диапазон рабочих температур. Электролит сохраняет нужные свойства только при температуре от 10 до 40 ˚C, а это означает, что аккумулятору потребуется система охлаждения, и стоимость его эксплуатации сразу же возрастает.

Авторы сначала попытались заменить серную кислоту соляной, но результат оказался не слишком удачным. В следующей серии опытов кислоты смешивались, и через некоторое время учёные нашли оптимальный вариант смеси, в которую входит шесть частей соляной и 2,5 части серной кислоты. Во время тестирования такой электролит удерживал примерно на 70% больше ионов ванадия, чем традиционный, и сохранял стабильность при температуре от –5 до 50 ˚C. Следовательно, объём ёмкостей с электролитом в новом аккумуляторе можно будет уменьшить, а потери энергии на охлаждение — снизить.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Liyu Li, Soowhan Kim, Wei Wang, M. Vijayakumar, Zimin Nie, Baowei Chen, Jianlu Zhang, Guanguang Xia, Jianzhi Hu, Gordon Graff, Jun Liu, Zhenguo Yang A Stable Vanadium Redox-Flow Battery with High Energy Density for Large-Scale Energy Storage. – Advanced Energy Materials. – published online: 11 MAR 2011; DOI: 10.1002/aenm.201100008.