Главная > Новости > Аналитика рынка > Новые материалы для органических систем BESS проточного типа

Новые материалы для органических систем BESS проточного типа

Ученые России разработали целую серию новых компонентов, которые могут служить в качестве католитов и анолитов в проточных BESS органического окислительно-восстановительного цикла. Материалы обещают открыть новые пути для дальнейших исследований, а также преодолеть некоторые из проблем, с которыми сталкиваются окислительно-восстановительные проточные BESS в коммерческих, крупномасштабных проектах по хранению энергии.

Благодаря потенциальному размеру рынка электромобилей, исследования аккумуляторов в последние годы, как правило, сосредоточены на инновациях в литий-ионных и других сопутствующих химических веществах, которые обещают служить этому рынку.

Однако для крупномасштабных систем накопления энергии, которые все больше требуется для сбалансированного использования энергии ветра и солнца, окислительно-восстановительные проточные BESS представляют собой привлекательную возможность. Эти  системы по своей природе являются масштабируемыми и позволяют избежать многих проблем, связанных с долгосрочной производительностью, безопасностью и доступностью материалов, которые ассоциируются с литий-ионными батареями. Многие из ранних коммерческих проектов по окислительно-восстановительным системам BESS (RFB) полагаются на ванадий, который поставляется с некоторыми проблемами токсичности. Однако существует длинный список материалов, заслуживающих изучения в качестве компонентов проточных батарей, включая богатые органические материалы.

Среди прочего, системы накопления энергии проточного типа  органического окислительно-восстановительного потока сдерживаются низкой удельной емкостью. Поиск новых материалов (и комбинаций материалов) с лучшими характеристиками является простейшим способом преодоления этой проблемы, и был в центре внимания группы ученых, возглавляемой российским Сколковским институтом науки и технологий (Сколтех). «Мы работаем с органическими окислительно-восстановительными материалами, растворенными в органических растворителях (неводные органические RFB)», — говорит аспирант Сколтеха Елена Ромадина. «Основными преимуществами неводных органических RFB являются высокое напряжение в клетке (до 5 В по сравнению с 1,6 В для систем на водной основе), огромное разнообразие органических окислительно-активных молекул, которые могут применяться, и потенциальная работоспособность при низких температурах, без опасений замерзания ниже 0 градусов С», — заявила она.

Ромадина является ведущим автором двух новых работ по исследованию новых органических материалов для RFB, опубликованных в журнале «Химия материалов» и в журнале «Химические коммуникации». В первой оценивается серия из семи перспективных католитовых материалов, во второй описывается синтез анолитного материала на основе феназина.

Сочетание этих двух элементов позволило получить проточную ESS, которая достигла высокого напряжения в 2,3 В и кулоновую эффективность более 95%, а также высокую емкость и хорошую стабильность в течение 50 циклов. Эта батарея описана далее в статье «Химические коммуникации».

Группа отмечает, что политриариламиновые материалы, которые она демонстрировала в качестве католитов, ранее показали перспективность в качестве катодов в металло-ионных батареях, но ранее не были исследованы в проточных химических ESS. «Для нас и других ученых была открыта новая и очень перспективная структура ядра. Триариламины имеют стабильный и полностью обратимый окислительно-восстановительный потенциал и могут быть легко модифицированы, обеспечивая различные окислительно-восстановительные потенциалы и физические свойства», — объясняет Ромадина. «Более того, мы обнаружили, что соединения на основе триариламинов могут сохранять свои электрохимические свойства даже в присутствии воды в органическом растворителе, что снижает требования к составу растворителя и его стоимости».

И хотя это многообещающие разработки, Skoltech отмечает, что для достижения коммерческого интереса органических RFB необходимо еще больше работать в других областях. «Чтобы сделать органические RFB коммерчески жизнеспособными, нам также необходимы исследования в таких областях, как низко затратный масштабируемый синтез высоко растворимых окислительно-активных молекул; разработка высокоэффективных мембран, которые являются хорошими ионными проводниками, но ингибируют пересечение анолитов и католитов при заряде и разряде; и масштабирование более крупных конфигураций систем накопления энергии на уровне ячеек и стека для обеспечения накопления энергии в масштабах сети», — отметил профессор Сколтеха Кит Стивенсон (Keith Stevenson).