Растущие объемы солнечной и ветровой энергии нужно хранить для использовании ночью или в штиль. Одним из решений является проточный редокс-аккумулятор, который может поставлять электричество тысячам домов. Исследователи из Немецкого института Фраунгофера продемонстрировали такие батареи на Ганноверской выставке.

«Зеленая» энергия, при всех своих преимуществах, имеет один серьезный недостаток – нестабильное количество вырабатываемой энергии. Фотоэлектрические электростанции вырабатывают минимум энергии ночью, а ветряные турбины останавливаются, когда стихает ветер. Именно поэтому для обеспечения бесперебойной работы электросети требуются устройства для промежуточного хранения значительного количества электроэнергии. Одно из наиболее обсуждаемых решений – использование для этой цели электрических автомобилей. Однако эксперты сходятся во мнении, что этого будет недостаточно и необходимо создавать крупные стационарные хранилища, которые смогут накапливать мегаватты энергии.

В настоящее время ученые из Института Фраунгофера разрабатывают крупномасштабную систему хранения электричества на основе технологии, известной как проточный редокс-аккумулятор. Долгосрочная цель заключается в создании батареи размером с гандбольную площадку с выходной мощностью 20 МВт, которая смогла бы обеспечить энергией примерно 2000 домохозяйств долгой зимней ночью.

Рис. 1. Принцип работы проточного редокс-аккумулятора.

Пока работа в начальной стадии – прототипы разработки крупнейших лабораторий Института Фраунгофера имеют выход несколько киловатт. На Ганноверской выставке исследователи демонстрируют 2-кВт проточный редокс-аккумулятор.

Несмотря на невысокие мощности, сама технология демонстрирует надежную работу. Проточный редокс-аккумулятор использует жидкий электролит на основе ванадия, который попеременно принимает и выпускает электроны вдоль протонообменной мембраны. Принцип работы батареи заключается в способности ванадия находиться в кислотном растворе в четырех разных состояниях окисления. При закачивании «разного» ванадия в камеру, разделенную мембраной, начинаются химические реакции, которые изменяют заряд ионов и, соответственно, вырабатывают ток. Теоретически такие батареи очень надежны и долговечны, к тому же у них есть необычное «побочное» свойство – перезарядку можно осуществлять сменой электролита, что удобно для использовании в электротранспорте.

Главным препятствием для совершенствования редокс-аккумулятора является создание достаточно большой и эффективной протонообменной мембраны. Современные прототипы имею мембрану, сравнимую по площади с листом бумаги формата А4. Для мегаваттных батарей нужен размер минимум формата A0 (85×120 см).

В настоящее время ученые проводят моделирование, которое должно помочь обеспечить равномерный проход ванадиевого электролита по всей площади таких больших мембран, а также подбирают новые материалы для более эффективного и надежного процесса.

По мнению исследователей, сегодня уже можно производить редокс-батареи с выходом до 80 кВт, а 20-кВт прототип планируется запустить в эксплуатацию в конце следующего года. Немецкие ученые надеются, что мегаваттная планка будет взята через пять лет.