Проточные аккумуляторы на основе брома – перспективная технология хранения энергии благодаря высокой доступности этого элемента, его значительному электрохимическому потенциалу и хорошей растворимости. Однако у этой технологии есть существенный недостаток. Во время зарядки образуется большое количество активного брома, который разрушает компоненты батареи, сокращая срок ее службы и увеличивая общую стоимость системы. Существующие добавки, связывающие бром, часто приводят к расслоению электролита, что нарушает его однородность и усложняет управление аккумулятором.
В исследовании, опубликованном в журнале «Nature Energy», команда ученых под руководством профессора Сяньфэна Ли из Даляньского института химической физики Китайской академии наук сообщила о новаторском подходе к химии бромных батарей. Исследователи разработали реакцию, в которой вместо одного электрона передаются два, и успешно применили ее в цинк-бромном проточном аккумуляторе. Результаты подтвердили как работоспособность концепции, так и возможность ее масштабирования для создания долговечных систем хранения энергии.
Ключом к успеху стало добавление в электролит аминных соединений, которые действуют как «ловушки» для брома. В процессе работы батареи свободный бром, образующийся в результате электрохимических реакций, преобразуется в бромированные аминные соединения. Этот процесс снижает концентрацию свободного брома в электролите до сверхнизкого уровня – около 7 мМ. В отличие от традиционной химии, основанной на одноэлектронном переносе, новый процесс обеспечивает двухэлектронный перенос, что значительно увеличивает плотность энергии аккумулятора. Одновременно с этим минимальное содержание свободного брома резко снижает коррозионное воздействие и продлевает срок службы батареи.
Команда протестировала новую химию в цинк-бромных проточных аккумуляторах в практических условиях. Поскольку электролит содержит очень мало свободного брома, в батарее можно использовать стандартную и более дешевую нефторированную ионообменную мембрану (SPEEK), что снижает ее себестоимость. В ходе испытаний масштабированной модели мощностью 5 кВт аккумулятор стабильно проработал более 700 циклов при плотности тока 40 мА/см², достигнув энергетической эффективности свыше 78%. Благодаря низкой концентрации брома коррозии на ключевых компонентах – токосъемниках, электродах и мембранах – не было обнаружено ни до, ни после циклирования.
«Наше исследование предлагает новый подход к разработке долговечных проточных аккумуляторов на основе брома и закладывает основу для дальнейшего применения и продвижения цинк-бромных проточных батарей», – отметил профессор Ли.
