Органічні сполуки, що називаються хінонами, дають змогу вдосконалити проточний акумулятор, який має шанси стати ноу-хау енергозберігаючих технологій.
Сонце та вітер продукують гігавати потужності у електромережах. Отже, надзвичайно важливо навчитися дешево та ефективно зберігати цю енергію, коли небо захмарене, а у погоді – безвітря.
«Тепер існує результативний спосіб розв’язання цієї проблеми», - стверджує Майкл Азіз, матеріалознавець з Гарвардського університету. Його рішення – проточний акумулятор з органічним електролітом, що зберігає енергію значної густини, не потребуючи дорогих металів.
Проточний акумулятор виробляє електроенергію, пропускаючи електроліт крізь два електроди, розділені мембраною. Електроліт перетікає з одного відділення в інше, і внаслідок електрохімічних процесів батарея заряджається або розряджається.
Схема дії проточного акумулятора.
Великою перевагою проточних акумуляторів є можливість зберігання електроліту в контейнері окремо від електродів. Щоб збільшити ємність батареї, отже, необхідно збільшити об’єм контейнера. Це робить акумулятор ідеально придатним для зберігання великих запасів енергії.
Більшість моделей проточних акумуляторів використовує іони ванадію. «Проблема в тому, що ванадій дуже дорогий», - стверджує Азіз. Впродовж кількох останніх десятиліть науковці активно досліджували, чим замінити цей коштовний метал. «Періодичну систему елементів пройшли вздовж і впоперек. Тому ми вирішили звернутися до органічної хімії», - стверджує вчений.
Анод акумулятора, який створив Майкл Азіз, використовує розчин сірчаної кислоти, що містить органічну сполуку, названу хіноном. В процесі роботи акумулятора хінон реагує з позитивно зарядженими іонами, утворюючи високоенергетичний гідрохінон, який заряджає батарею. Катод же батареї чергується між бромом та гідробромною кислотою.
Хінон-гідрохінонова реакція відбувається приблизно в 1000 разів швидше, ніж ванадієва. Тож заряджання та розряджання батареї проходить майже миттєво. На тестовому показі науковець продемонстрував 100 циклів заряджання-розряджання акумулятора без ознак деградації його якостей (хоча для комерційного використання система повинна пройти не менше10.000 таких циклів).
За словами Азіза, створена ним батарея може зберігати одну кіловат-годину енергії у хімікатах, які коштують 27 доларів. Це становить лише 1/3 вартості ванадієвого акумулятора.
Винахід, однак, ще далекий від досконалості: бром та гідробромна кислота дуже корозійні. Якщо ємність з ними протече, довкіллю буде спричинена значна шкода. «Бром – “ахіллесова п’ята” акумулятора. Щоб її усунути, необхідно замінити бром якоюсь органічною речовиною. На даний момент ведуться роботи над заміною брому іншим видом хінону», - стверджує М. Азіз.
Хінонові проточні акумулятори можна буде ефективно застосовувати в парі з сонячними батареями. Якщо об’єм резервуару з електролітами зробити не меншим за 2000 літрів, протягом дня цілком можна накопичити достатньо сонячної енергії, щоб забезпечити усі потреби будинку ввечері.
17.01.2014