Исследователи из Института металловедения Китайской академии наук (КАН) сделали важный шаг к тому, чтобы дешёвое и надёжное хранение энергии перестало быть мечтой. Они усовершенствовали технологию полностью железных проточных батарей, решив главные проблемы, которые годами не давали им выйти на массовый рынок. Новая формула электролита позволяет устройству выдерживать тысячи циклов зарядки-разрядки без малейшей потери ёмкости.
Разница в цене сырья просто огромна: литий сейчас стоит более чем в 80 раз дороже железа. Именно это делает железные батареи привлекательной альтернативой. Железо — один из самых распространённых элементов на планете, его легко и дёшево добывать. Переход на такие аккумуляторы может снять многие барьеры, которые сегодня тормозят глобальный переход к зелёной энергетике. Эксперты надеются, что именно они помогут сделать хранение энергии на уровне целых энергосистем по-настоящему доступным.
Как устроен молекулярный «щит»
Раньше полностью железные проточные батареи страдали от двух главных бед: активные материалы на отрицательном электроде быстро разрушались, а ещё они просачивались через мембрану. Китайская команда подошла к проблеме на молекулярном уровне. Учёные создали специальный железный комплекс с двойной защитой.
Молекула имеет жёсткую и объёмную структуру, которая физически экранирует ион железа от химических атак. Кроме того, сильный отрицательный заряд создаёт настоящее электростатическое поле, которое отталкивает частицы и не даёт им «убегать» через мембрану. Благодаря этому активные вещества остаются на месте и не деградируют.
Рекордная выносливость
Прототип новой батареи показал впечатляющие результаты. После 6000 циклов зарядки-разрядки — это больше 16 лет ежедневной работы! — ёмкость не упала ни на процент. Утечки активных материалов удалось снизить до 99,4 %, а общая энергетическая эффективность даже при высокой мощности сохранилась на уровне 78,5 %. Никаких вредных побочных продуктов и осадка за всё время испытаний не образовалось.
Такая долговечность меняет правила игры для крупных систем хранения энергии. Солнечные и ветровые электростанции смогут работать стабильно даже в безветренные ночи и пасмурные дни. Китайская разработка на щелочной основе, по мнению авторов, также позволяет избежать проблемы дендритов — тех самых кристаллических «иголок», которые иногда коротят батареи в других железных системах.
В США компания ESS Tech уже устанавливает похожие железные батареи для дата-центров Google, но новый китайский подход поднимает планку надёжности и срока службы на совершенно другой уровень. А это значит, что возобновляемая энергетика наконец-то может стать по-настоящему конкурентоспособной.
