НОВОСТИ О ФТОРОПЛАСТАХ

 

Ведущие страны мира всё больше энергии получают из возобновляемых источников. По мере развития «зеленой» энергетики возникла проблема эффективного хранения избыточной электроэнергии в пиковые периоды – в условиях сильного ветра или высокой солнечной активности – и ее последующего распределения с учетом текущей потребности потребителей. Привычные твердотельные батареи – свинцово-кислотные и литий-ионные аккумуляторы – обладают существенными недостатками. Так, батареи первого типа имеют крайне ограниченную ёмкость, к тому же они слишком объёмные и дорогие. Литий-ионные аккумуляторы хорошо подходят для портативной электроники и для электромобилей, но склонность к перегреву делает их малопригодными для использования на крупных промышленных объектах.

Многообещающим решением проблемы могут стать проточные окислительно-восстановительные батареи — гигантские сооружения, в которых для хранения электроэнергии используют емкости с жидким электролитом. Жидкий электролит пропускают через ядро батареи, состоящее из положительной и отрицательной полуячеек, разделенных мембраной. Когда солнечные панели или ветрогенераторы производят электроэнергию, насосы прокачивают отработанный электролит через ячейки, где он заряжается в результате электрохимической реакции и возвращается обратно в емкость, в которой хранится. При возникновении потребности в электроэнергии через ячейку прокачивается заряженный электролит, который в ходе обратной реакции возвращает накопленную электроэнергию в сеть. Важное преимущество проточного аккумулятора – его емкость определяется исключительно объёмом резервуаров, а выходная мощность зависит от площади мембраны и количества ячеек, собранных в общую систему (стек). Проточные батареи не имеют жёстких ограничений и могут быть масштабированы для хранения очень большого количества энергии и передачи ее потребителю с исключительно высокой скоростью.

Сотрудники кафедры коллоидной химии МГУ под руководством доцента Евгения Карпушкина собрали первый в России лабораторный прототип проточного аккумулятора, электролитом которого стал раствор солей ванадия. Ионы ванадия циркулируют в двух полуячейках, на электродах которых происходит их окисление и восстановление. Главное преимущество ванадиевого проточного аккумулятора – в обеих частях аккумулятора находятся растворы солей одного металла. Ионы ванадия стабильны и могут долго циркулировать через ячейку без нежелательных побочных явлений. Недостатком является только относительно высокая стоимость ванадия – более 60 $ за один килограмм оксида ванадия (V).

«Темой проточных аккумуляторов почти не занимаются в России, хотя в мире это довольно раскрученная тема, – комментирует Евгений Карпушкин. – Поскольку никто в стране до нас не занимался этой темой, нам даже пришлось самим придумывать русский перевод английского названия технологии redox flow battery».

Российские химики занимаются поиском оптимального материала для мембран в проточных аккумуляторах. Мембрана должна быть селективной – через нее должны проходить только определенные ионы. Кроме того, она разделяет две очень разные по химическим свойствам системы – окислительную и восстановительную, поэтому должна быть исключительно химически стойкой. Мембраны в основном изготавливают из полимерных материалов, которые обладают подходящими механическими свойствами. Сами по себе полимеры не обладают высокой селективностью, их структуру необходимо изменять – «дырявить» ее, если мембрана вообще не пропускает ионы, или «зашивать», если каналы в ней слишком широкие. Последним способом сотрудники МГУ модифицировали промышленно изготавливаемую ионообменную мембрану Nafion с помощью хлорида полидиаллилдиметиламмония. Ученые не скрывают, что недостатком их патента является высокая стоимость исходного материала, и его модификация цену не снижает. Однако исследователи надеются, что их подход в модификации можно применить для более дешевых аналогов, что может привести к резкому изменению на рынке запасов электроэнергии.

 

Источник: Пресс-служба МГУ

 

Изображение 1. Схема ванадиевого проточного аккумулятора. Евгений Карпушкин/МГУ