Реализация аккумуляторов водного потока с легкой развязкой pH

Структура ячейки и миграция носителя заряда.Схема трехместной камеры с двумя мембранными ячейками с подэлементом восстановления pH.Электролиты, компоненты и датчики ячейки помечены соответственно.Электролитный поток обозначен стрелками.Электролиты перекачиваются в подэлементу BPM для регенерации кислотной базы, когда это необходимо (насосы не показаны).Кредит: Nature Energy (2024).Doi: 10.1038/s41560-024-01474-1

Технологии, которые могут сохранять энергию, производимую фотоэлектрической и ветряной турбинами, могут сыграть ключевую роль в декарбонизации энергетического сектора.Работа как солнечных элементов, так и ветряных турбин опирается на подходящие погодные условия, а решения для хранения энергии в масштабе сетки могут помочь сохранить производимую энергию, когда солнце выходит, а ветер дует, чтобы ее можно было использовать позже.

Некоторые из наиболее перспективных среди этих решений для хранения-так называемые аккумуляторы водного окислительно-восстановительного потока (ARFB), которые предназначены для хранения энергии в химических растворах.Эти батареи имеют различные преимущества, в том числе их безопасность, длительное время жизни, замечательные мощности и низкие затраты на изготовление.

Несмотря на эти значительные преимущества, изготовление надежных ARFBS с длительным временем срока службы работы может быть сложной задачей, поскольку производительность этих батарей в значительной степени зависит от баланса между его двумя сторонами, которые содержат положительно заряженный и отрицательно заряженный электролит соответственно.Конкурирующие реакции с распылением воды внутри клеток ARFB могут поставить под угрозу их кулоновную эффективность, негативно влияя на баланс между этими двумя сторонами и снижая срок службы батареи.

Исследователи из Гарвардского университета недавно представили стратегию, которая могла бы помочь смягчить этот эффект посредством реализации мягких аккумуляторов водного потока PH.Эта стратегия, описанная в природе энергии, влечет за собой использование слегка кислых и слегка щелочных электролитов, для смягчения кроссовера между химическими растворами и, таким образом, предотвратить ранее сообщенное снижение эффективности.

«Создание разницы в pH между двумя электролитами (развязкой pH) ARFB позволяет напряжениям клеток, превышающему термодинамическое окно с распылением воды, но кроссовер с кислотой базой наказывает эффективность и время жизни», Dawei XI, Abdulrahman M. Alfaraidi и их коллеги.написал в своей статье.«Мы используем мягко кислотные и мягко щелочные электролиты для смягчения кроссовера, достигая высокой энергоэффективности в рамках обращения с напряжением открытой цепи> 1,7 В.».

ARFB, созданный исследователями, содержит отрицательно заряженный электролит с pH ~ 13 и положительно заряженный электролит с pH ~ 3.Команда обнаружила, что их конструкция значительно снижает скорость кроссовера между электролитами до менее чем 0,3 нмоль S-1 CM-2, достигая энергоэффективности открытого круга выше 1,7 В и длительного срока службы работы.

«Мы внедрили систему регенерации кислотной базы для периодического восстановления электролитов до их первоначальных значений pH», - написали XI, Альфарайди и их коллеги.«Комбинированная система демонстрировала скорость исчезновения пропускной способности <0,07% в день, энергоэффективность в обратном поступлении> 85% и приблизительно 99% кулоновской эффективности во время стабильной работы в течение более недели. Анализ затрат показывает, что допуск к кроссоверу кислотной базы может быть повышенЕсли PH-разместительный ARFB достиг более высокого выходного выходного сигнала и более низкого сопротивления ».

Эта легкая стратегия, основанная на pH-разъеме, используемая исследователями, может вскоре помочь повысить производительность, срок службы, способность к оценке и энергоэффективность ARFBS.Это, в свою очередь, может иметь важные последствия для будущего хранения энергии, генерируемой из возобновляемых источников энергии, а также потенциально помогает улучшить системы дистанционной электроснабжения и зарядки в масштабе сетки.

Больше информации: Dawei XI и др., Мягкая PH-разместительная водная аккумуляторная батарея с практическим восстановлением pH, энергия природы (2024).Doi: 10.1038/s41560-024-01474-1