Дослідження цельномарганцевих проточних АКБ
Вчені з Німеччини виготовили повністю марганцеву проточну батарею, яка, за їхніми словами, є доказом концепції потенціалу таких пристроїв. Результати роботи з різними конфігураціями акумулятора показують, що дешевий і поширений марганець має великий потенціал для застосування в проточних акумуляторах і заслуговує подальшого вивчення в рамках розвитку стійких технологій накопичення енергії.
Проточні батареї являють собою гарну альтернативу літій-іонним в стаціонарних системах, пропонуючи більш тривалий термін служби і меншу деградацію. Оскільки ці АКБ не підходять для електромобілів або побутової електроніки, обсяг ринку набагато менший, ніж у літій-іонних. Проте, проточні акумулятори займають все більшу частку ринку в проектах стаціонарних накопичувачів, призначених для підтримки регіональних мереж і збільшення споживання енергії, що виробляється поновлюваними джерелами.
На сьогоднішній день в більшості цих проектів використовуються ванадієві або цинк-бромні проточні батареї. Однак існує безліч інших матеріалів, які можуть бути використані в проточних батареях, і вчені наполегливо працюють над тим, щоб відсіяти ті з них, які мають найкращий потенціал для досягнення найвищої продуктивності, найменшою вартістю і найменшого шкоди навколишньому середовищу.
Марганець – відносно дешевий і поширений елемент, який вже зараз грає все більшу роль в літій-іонних акумуляторах на тлі зростаючого побоювання з приводу ланцюжка поставок і токсичності кобальту і нікелю. Група вчених під керівництвом Фрайбурзького університету Німеччини вирішила дослідити марганець для проточних батарей і домоглася вражаючих результатів.
Нова і вражаюча система
Група виготовила повністю марганцеві проточні батареї в різних конфігураціях з використанням різних електродних матеріалів, розчинників і мембран. Кращі з них продемонстрували щільність енергії 74 ват-години на літр і напруга осередку 2,59 В. “Хоча необхідна подальша оптимізація, – заявляє група, – ця система являє собою нову і перспективну установку для стійкого зберігання енергії”.
Батареї описані в статті Investigations toward a Non-aqueous Hybrid Redox-Flow Battery with a Manganese-based Anolyte and Catholyte. Група зазначає, що її “перша спроба” з марганцем вже перевершує по щільності енергії комерційні ванадієві редокс-потокові батареї, за плечима яких кілька десятиліть досліджень.
Багатообіцяючі характеристики супроводжуються кількома застереженнями. При спостереженні за батареями група зазначила такі проблеми, як високий перепотенціал для осадження марганцю, витік до негативного електроду, зниження ємності і низька енергоефективність, а також те, що вони описують як “схоже на цвітну капусту” осадження, що веде до утворення нестабільної плівки марганцю. Вони також відзначають, що для створення комерційно життєздатної батареї питомий опір акумулятора повинно бути значно знижено.
При подальшому вивченні різних комбінацій матеріалів, добавок і попередньої обробки, група очікує, що більшість з цих проблем буде подолано, і стверджує, що продуктивність повинна поліпшуватися паралельно з цим, з налаштуванням різних параметрів в конструкції батареї.
“У порівнянні з еталонною системою ванадієвих редокс-проточних акумуляторів, повністю марганцевий проточний АКБ має більш високу щільність енергії і заснований на дешевому і поширеному елементі – марганці”, – роблять висновок дослідники. “Крім того, існує ще багато можливостей для вдосконалення, що робить представлену в даній роботі повністю марганцеву проточну батарею цікавим напрямком для подальших досліджень”.