Испытан прототип сверхъёмкой полужидкой батареи

Инновационную разновидность аккумулятора придумали в США. Пока это только эксперимент, но в случае успешного развития технологии мир получит батарею с высокой плотностью упаковки энергии при умеренной стоимости.

Создатели этой батареи считают её важным преимуществом лёгкость масштабирования, что пригодится как на транспорте, так и в стационарных системах хранения энергии (фото Mihai Duduta, Yet-Ming Chiang et al./Advanced Energy Materials).

Новинка названа «полутвёрдая проточная ячейка» (semi-solid flow cell — SSFC). Её опытный образец создала группа учёных из Массачусетского технологического института (MIT), которая также представляет молодую фирму 24M Technologies (в прошлом году та выделилась из известной компании по производству литиевых аккумуляторов A123 Systems).

24M Technologies намерена решить одну из проблем, возникающих при увеличении размера аккумулятора — вместе с наращиванием массы вещества, являющегося хранилищем энергии, стремительно взлетает и вес всех сопутствующих компонентов — мембран, электродов, сепараторов, корпуса, электролита и так далее.

Известна давняя попытка инженеров разрубить этот гордиев узел. Попытка зовётся «проточные батареи» (flow battery). Они работают за счёт взаимодействия пары жидких активных составов, прогоняемых насосами через ячейку, напоминающую по принципу действия топливный элемент.

Преимущество проточных аккумуляторов — принципиальное разделение места, где хранится энергия (баки с двумя электролитами), и узла, в котором вырабатывается ток. Потенциально такие батареи могут запасать солидное количество джоулей на единицу веса (знай только наращивай объём баков), но на деле существующие конструкции уступают даже обычным литиевым батареям и дальше ограниченного стационарного применения так и не ушли.

Батарея SSFC, как считают разработчики этой системы, взяла лучшее от проточных батарей и от традиционных твёрдых аккумуляторов. В системе SSFC также имеется ячейка, в которую с двух сторон подаются электролиты с различным зарядом. Ячейка позволяет ионам курсировать между ними, что создаёт разность потенциалов и генерирует ток, бегущий по внешней цепи.

Принципиальное же новшество, как передаёт PhysOrg.com, заключается в том, что сами электролиты не полностью жидкие, а содержат суспензию из мириад твёрдых частиц LiCoO₂ и углерода (из-за которых активная жидкость выглядит словно чернила).

Общая схема нового аккумулятора и использованный в нём электролит-суспензия (иллюстрация Mihai Duduta, Yet-Ming Chiang et al./Advanced Energy Materials).

Опыт показал, что ячейка SSFC работоспособна и что новое «топливо» для неё обладает хорошей текучестью. Также выяснилось, что углеродные наночастицы, помимо основной своей функции (транспорт электронов в растворе), стабилизируют в нём микрочастицы соединений лития, не давая им выпасть в осадок.

Наконец, ради чего всё и затевалось: расчёты, основанные на эксперименте, показали, что полномасштабная подобная ячейка (надо полагать после шлифовки технологии) сможет вмещать на порядок больше энергии, чем прежние проточные аккумуляторы.

(Детали исследования опубликованы в Advanced Energy Materials.)