Исследование цельномарганцевых проточных АКБ
Ученые из Германии изготовили полностью марганцевую проточную батарею, которая, по их словам, служит доказательством концепции потенциала таких устройств. Результаты работы с различными конфигурациями аккумулятора показывают, что дешевый и распространенный марганец имеет большой потенциал для применения в проточных аккумуляторах и заслуживает дальнейшего изучения в рамках развития устойчивых технологий energy storage.
Проточные батареи представляют собой хорошую альтернативу литий-ионным в стационарных системах, предлагая более длительный срок службы и меньшую деградацию. Поскольку эти АКБ не подходят для электромобилей или бытовой электроники, объем рынка гораздо меньше, чем у литий-ионных. Тем не менее, проточные аккумуляторы занимают все большую долю рынка в проектах стационарных накопителей, предназначенных для поддержки региональных сетей и увеличения потребления энергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками.
На сегодняшний день в большинстве этих проектов используются ванадиевые или цинк-бромные проточные батареи. Однако существует множество других материалов, которые могут быть использованы в проточных батареях, и ученые упорно работают над тем, чтобы отсеять те из них, которые обладают наилучшим потенциалом для достижения наивысшей производительности, наименьшей стоимости и наименьшего вреда окружающей среде.
Марганец — относительно дешевый и распространенный элемент, который уже сейчас играет все большую роль в литий-ионных аккумуляторах на фоне растущего опасения по поводу цепочки поставок и токсичности кобальта и никеля. Группа ученых под руководством Фрайбургского университета Германии решила исследовать марганец для проточных батарей и добилась впечатляющих результатов.
Новая и впечатляющая система
Группа изготовила полностью марганцевые проточные батареи в различных конфигурациях с использованием различных электродных материалов, растворителей и мембран. Лучшие из них продемонстрировали плотность энергии 74 ватт-часа на литр и напряжение ячейки 2,59 В. «Хотя необходима дальнейшая оптимизация, — заявляет группа, — эта система представляет собой новую и многообещающую установку для устойчивого хранения энергии».
Батареи описаны в статье Investigations toward a Non-aqueous Hybrid Redox-Flow Battery with a Manganese-based Anolyte and Catholyte. Группа отмечает, что ее «первая попытка» с марганцем уже превосходит по плотности энергии коммерческие ванадиевые редокс-поточные батареи, за плечами которых несколько десятилетий исследований.
Многообещающие характеристики сопровождаются несколькими оговорками. При наблюдении за батареями группа отметила такие проблемы, как высокий перепотенциал для осаждения марганца, утечка к отрицательному электроду, снижение емкости и низкая энергоэффективность, а также то, что они описывают как «похожее на цветную капусту» осаждение, ведущее к образованию нестабильной пленки марганца. Они также отмечают, что для создания коммерчески жизнеспособной батареи удельное сопротивление аккумулятора должно быть значительно снижено.
При дальнейшем изучении различных комбинаций материалов, добавок и предварительной обработки, группа ожидает, что большинство из этих проблем будет преодолено, и утверждает, что производительность должна улучшаться параллельно с этим, с настройкой различных параметров в конструкции батареи.
«По сравнению с эталонной системой ванадиевых редокс-проточных аккумуляторов, полностью марганцевый проточный АКБ имеет более высокую плотность энергии и основан на дешевом и распространенном элементе — марганце», — заключают исследователи. «Кроме того, существует еще много возможностей для усовершенствования, что делает представленную в данной работе полностью марганцевую проточную батарею интересным направлением для дальнейших исследований».