Нові матеріали для органічних систем BESS проточного типу
Вчені Росії розробили цілу серію нових компонентів, які можуть служити в якості католіта і анолітов в проточних BESS органічного окислювально-відновного циклу. Матеріали обіцяють відкрити нові шляхи для подальших досліджень, а також подолати деякі з проблем, з якими стикаються окислювально-відновні проточні BESS в комерційних, великомасштабних проектах зі зберігання енергії.
Завдяки потенційному розміром ринку електромобілів, дослідження акумуляторів в останні роки, як правило, зосереджені на інноваціях в літій-іонних і інших супутніх хімічних речовинах, які складають свої обітниці служити цьому ринку.
Однак для великомасштабних систем накопичення енергії, які все більше потрібна для збалансованого використання енергії вітру і сонця, окислювально-відновні проточні BESS представляють собою привабливу можливість. Ці системи за своєю природою є масштабованими і дозволяють уникнути багатьох проблем, пов’язаних з довгостроковою продуктивністю, безпекою та доступністю матеріалів, які асоціюються з літій-іонними батареями. Багато з ранніх комерційних проектів по окислювально-відновним системам BESS (RFB) покладаються на ванадій, який поставляється з деякими проблемами токсичності. Однак існує довгий список матеріалів, які заслуговують на вивчення в якості компонентів проточних батарей, включаючи багаті органічні матеріали.
Серед іншого, системи накопичення енергії проточного типу органічного окислювально-відновного потоку стримуються низькою питомою ємністю. Пошук нових матеріалів (і комбінацій матеріалів) з кращими характеристиками є найпростішим способом подолання цієї проблеми, і був в центрі уваги групи вчених, очолюваної російським сколковского інститутом науки і технологій (Сколтех). “Ми працюємо з органічними окислювально-відновні матеріалами, розчиненими в органічних розчинниках (неводні органічні RFB)”, – говорить аспірант Сколтеха Олена Ромадіна. “Основними перевагами наведених органічних RFB є висока напруга в клітці (до 5 В в порівнянні з 1,6 В для систем на водній основі), величезна різноманітність органічних окислювально-активних молекул, які можуть застосовуватися, і потенційна працездатність при низьких температурах, без побоювань замерзання нижче 0 градусів С “, – заявила вона.
Ромадіна є провідним автором двох нових робіт з дослідження нових органічних матеріалів для RFB, опублікованих в журналі “Хімія матеріалів” і в журналі “Хімічні комунікації”. У першій оцінюється серія з семи перспективних католітових матеріалів, у другій описується синтез анолітної матеріалу на основі феназин.
Поєднання цих двох елементів дозволило отримати проточну ESS, яка досягла високої напруги в 2,3 В і кулоновую ефективність понад 95%, а також високу ємність і хорошу стабільність протягом 50 циклів. Ця батарея описана далі в статті “Хімічні комунікації”.
Група зазначає, що політріаріламіновие матеріали, які вона демонструвала в якості католіта, раніше показали перспективність як катодів в метало-іонних батареях, але раніше не були досліджені в проточних хімічних ESS. “Для нас та інших вчених була відкрита нова і дуже перспективна структура ядра. Тріаріламіни мають стабільний і повністю оборотний окислювально-відновний потенціал і можуть бути легко модифіковані, забезпечуючи різні окислювально-відновні потенціали та фізичні властивості”, – пояснює Ромадіна. “Більш того, ми виявили, що сполуки на основі тріаріламінов можуть зберігати свої електрохімічні властивості навіть в присутності води в органічному розчиннику, що знижує вимоги до складу розчинника і його вартості”.
І хоча це багатообіцяючі розробки, Skoltech зазначає, що для досягнення комерційного інтересу органічних RFB необхідно ще більше працювати в інших областях. “Щоб зробити органічні RFB комерційно життєздатними, нам також потрібні дослідження в таких областях, як низько витратний масштабований синтез високо розчинних окислювально-активних молекул; розробка високоефективних мембран, які є хорошими іонними провідниками, але пригнічують перетин анолітов і католіта при заряді і розряді, і масштабування більших конфігурацій систем накопичення енергії на рівні осередків і стека для забезпечення накопичення енергії в масштабах мережі “, – зазначив професор Сколтеха Кіт Стівенсон (Keith Stevenson).