В Стэнфордском университете учёными найдена комбинация материалов, которая позволяет снизить себестоимость и упростить эксплуатацию проточных перезаряжаемых батарей, расширив их применение для аккумулирования электроэнергии, генерируемой из возобновляемых источников (солнечного света, ветра и т.п.).

Проточный (редокс) аккумулятор – это электрическое устройство хранения энергии, представляющее собой нечто среднее между обычной батареей и топливным элементом. Жидкий электролит, состоящий из раствора металлических солей, прокачивают через ядро, которое состоит из положительного и отрицательного электрода, разделенных мембраной. Возникающий между катодом и анодом ионный обмен приводит к выработке электричества.

Приводимые в действие мощными насосами, проточные аккумуляторы показывают лучший результат работы при размерах больше 20 кВт. Количество допустимых циклов заряда/разряда у них доходит до 10000, что сопоставимо с 20 годами службы. Каждая ячейка производит 1,15-1,55 В, для достижения нужных значений напряжения они последовательно соединяются. Значение удельной энергоемкости составляет примерно 40 Вт*ч/кг, что соответствует показателю свинцово-кислотного аккумулятора. Подобно топливному элементу, плотность энергии и быстродействие у проточного аккумулятора умеренны. Это делает его более оптимизированным для хранения больших объемов энергии; и менее – для электрических силовых агрегатов и устройств, требующих быстродействия аккумулятора.

Проточные батареи известны давно, но, как правило, в них использовались токсичные или дорогие химикаты типа серной кислоты, или ванадиевой соли. Это, наряду с высокими рабочими температурами, сдерживало их распространение в энергетике.

Новая формула разработана стэнфордской группой, во главе с Уильямом Чуэ (William Chueh). Смешав щелочные металлы натрий и калий, они получили сплав, остающийся в жидком состоянии при комнатной температуре. Эта жидкость может работать в качестве донора электронов, образуя отрицательную сторону проточного аккумулятора.

По теоретической удельной энергоёмкости такой жидкий сплав превосходит возможные альтернативы не менее, чем в 10 раз.

Для того, чтобы разделить отрицательную и положительную жидкости в батарее, группа также разработала керамическую мембрану из оксидов калия и алюминия. Вместе, эти два изобретения увеличили максимальное электрическое напряжение более чем вдвое, в сравнении с традиционными проточными батареями. В лабораторных испытаниях прототип сохранял стабильность после тысяч часов работы.

Об этих достижениях группа отчиталась в статье, опубликованной журналом Joule 18 июля.

Эксперименты с жидкостями для положительной части батареи продолжаются. Установлено, что наличие в их составе воды ведёт к быстрому разрушению мембраны. Авторы полагают, что варианты на основе других растворителей позволят дополнительно улучшить рабочие характеристики батареи.