Реализация проточных батарей с мягкой развязкой pH

Технологии, которые могут хранить энергию, производимую фотоэлектрическими и ветряными турбинами, могут сыграть ключевую роль в декарбонизации энергетического сектора. Работа как солнечных батарей, так и ветряных турбин зависит от подходящих погодных условий, а решения по хранению энергии в масштабе сети могут помочь хранить энергию, вырабатываемую, когда светит солнце и дует ветер, чтобы ее можно было использовать позже.

Одними из наиболее перспективных решений для хранения энергии являются так называемые водные окислительно-восстановительные проточные батареи (ARFB), которые предназначены для хранения энергии в химических растворах. Эти батареи имеют различные преимущества, в том числе безопасность, длительный срок службы, замечательную мощность и низкие затраты на производство.

Несмотря на эти значительные преимущества, изготовление надежных ARFB с длительным сроком службы может быть сложной задачей, поскольку производительность этих батарей во многом зависит от баланса между двумя их сторонами, которые содержат соответственно положительно заряженный и отрицательно заряженный электролит. Конкурирующие реакции расщепления воды внутри ячеек ARFB могут поставить под угрозу их кулоновскую эффективность, отрицательно влияя на баланс между этими двумя сторонами и сокращая срок службы батарей.

Исследователи из Гарвардского университета недавно представили стратегию, которая может помочь смягчить этот эффект за счет реализации проточных батарей на водной основе с мягкой развязкой pH. Эта стратегия, описанная в Природная энергиявлечет за собой использование слабокислых и слабощелочных электролитов, чтобы уменьшить переход между химическими растворами и, таким образом, предотвратить ранее сообщаемое снижение эффективности.

«Установление разницы pH между двумя электролитами (развязка pH) ARFB позволяет напряжению элемента превышать термодинамическое окно разделения воды 1,23 В, но переход кислотно-основного соединения снижает эффективность и срок службы», — Давэй Си, Абдулрахман М. Альфарайди и их коллеги. написали в своей газете. «Мы используем слабокислые и слабощелочные электролиты для смягчения пересечения, достигая высокой энергоэффективности в обоих направлениях при напряжении холостого хода >1,7 В».

Созданный исследователями ARFB содержит отрицательно заряженный электролит с pH ~13 и положительно заряженный электролит с pH ~3. Команда обнаружила, что их конструкция значительно снизила скорость перехода между электролитами до менее 0,3 нмоль с.^-1 см^-2достигая энергоэффективности холостого хода выше 1,7 В и длительного срока службы.

«Мы внедрили систему кислотно-щелочной регенерации, чтобы периодически восстанавливать электролиты до их первоначальных значений pH», — написали Си, Альфарайди и их коллеги. «Комбинированная система продемонстрировала скорость снижения производительности <0,07% в день, энергоэффективность в обоих направлениях>85% и примерно 99% кулоновский КПД при стабильной работе более недели. Анализ затрат показывает, что устойчивость к кислотно-щелочному переходу может быть увеличена. если бы ARFB с развязкой по pH обеспечивал более высокое выходное напряжение и более низкое сопротивление».

Эта мягкая стратегия, основанная на развязке pH, используемая исследователями, вскоре может помочь улучшить производительность, срок службы, производительность и энергоэффективность ARFB. Это, в свою очередь, может иметь важные последствия для будущего хранения энергии, вырабатываемой из возобновляемых источников энергии, а также потенциально способствовать совершенствованию сетевых систем, систем дистанционного энергоснабжения и зарядки электромобилей.

© 2024 Сеть Science X